DE10344085B3

DE10344085B3 - Laser housing used in telecommunications has electrical connections in contact geometry and adapter having contacts which fit contact geometry of connections of laser housing

Info

Publication number: DE10344085B3
Application number: DE10344085A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Beyer; Marcus Dr. Braun; Armin Dr. Lambrecht; Andreas Peter; Gerd Plescher
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-09-23
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-09-24

Abstract

Laser housing comprises electrical connections (14a, 14b) in a contact geometry and an exchangeable adapter (1) having first contacts which fit the contact geometry of the electrical connections of the laser housing and second contacts (2a, 2b) which fit the contacts (11a, 11b) of a laser in a predetermined contact geometry and are connected to the first contacts.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lasergehäuse mit einer Laserhaltevorrichtung zum Halten eines Lasers.The The invention relates to a laser housing with a laser holding device for holding a laser.

Infrarothalbleiterlaser werden für vielfältige Zwecke eingesetzt. NIR (near-infrared) und MIR (midinfrared) Laser werden beispielsweise bei der Freistrahltelekommunikation oder bei der Absorptionsanalyse von Fluiden und ähnlichem eingesetzt. Hierbei ist eine sehr genaue Temperaturkontrolle bzw. Temperaturstabilität erforderlich, da die Temperatur sich unmittelbar auf die Lasereigenschaften (Spektrum, Modenzahl, Intensität etc.) auswirkt.Infrared semiconductor laser be for various purposes used. NIR (near-infrared) and MIR (mid-infrared) lasers for example, in the free-jet telecommunications or in the Absorption analysis of fluids and the like used. in this connection is a very accurate temperature control or temperature stability required, since the temperature is directly related to the laser properties (spectrum, Mode number, intensity etc.).

Solche Laser werden oft gepulst eingesetzt, wobei Pulsleistungen von bis zu einem oder mehreren Watt verwendet werden. Auch sind Ströme von einigen Ampere durch den Laser üblich.Such Lasers are often used pulsed, with pulse powers of up to used to one or more watts. Also are streams of some Ampere by the laser usual.

Für die Erzeugung von kurzen Lichtpulsen sind daher extrem kurze Spannungs- oder Strompulse mit teilweise sehr hohen Leistungen erforderlich. Die Verbindungslängen zwischen der Energieversorgung und dem Laser, deren elektrische Eigenschaften sowie Widerstandsfähigkeit müssen entsprechend ausgebildet sein. Die verwendeten hohen Leistungen stehen einer konstanten Temperatur, die beispielsweise bis auf weniger als 0,1 K genau stabilisiert werden muss, entgegen.For the generation of short light pulses are therefore extremely short voltage or current pulses sometimes with very high performance required. The connection lengths between the power supply and the laser whose electrical properties as well as resilience have to be formed accordingly. The high power used stand at a constant temperature, for example, down to less as 0.1 K needs to be stabilized.

Weiterhin werden derartige Infrarothalbleiterlaser oft bei Temperaturen von –20 °C bis +50 °C verwendet und müssen in allen Temperaturbereichen zuverlässig betrieben werden können. Auch muss in einer möglichst kurzen Zeit eine Temperaturrampe mit einer Temperaturdifferenz von bis zu 30 °C gefahren werden können.Farther For example, such infrared semiconductor lasers are often used at temperatures of -20 ° C to + 50 ° C and must can be reliably operated in all temperature ranges. Also must be in one as possible short time a temperature ramp with a temperature difference of up to 30 ° C can be driven.

Bekannt sind Lasergehäuse bei denen ein Laser in einem Gehäuse angeordnet wird, in dem ein Thermistor und ein Peltierkühler angeordnet sind, um die Temperatur des Diodenlasers zu kontrollieren.Known are laser housings where a laser in a housing is arranged, in which a thermistor and a Peltier cooler arranged are to control the temperature of the diode laser.

Die JP 2002 280 654 offenbart verschiedene Anordnungen eines thermoelektrischen Elements, eines Lasergehäuses und eines Lasers, bei denen die Konvektion zwischen Kaltseite und Warmseite des thermoelektrischen Elements durch eine Trennwand verhindert wird. Das thermoelektrische Element ist hierbei entweder mit dem Lasergehäuse unmittelbar oder über die Trennwand verbunden.The JP 2002 280 654 discloses various arrangements of a thermoelectric element, a laser housing and a laser, in which the convection between the cold side and hot side of the thermoelectric element is prevented by a partition wall. The thermoelectric element is in this case connected either directly to the laser housing or via the dividing wall.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Lasergehäuse bereitzustellen.task The present invention is to provide an improved laser housing.

Hierbei ist eine bessere mechanische Fixierung der emittierenden Laserfläche von Interesse.in this connection is a better mechanical fixation of the emitting laser surface of Interest.

Die Aufgabe wird durch ein Lasergehäuse nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen offenbart.The Task is followed by a laser housing Claim 1 solved. Advantageous embodiments are in the subclaims disclosed.

Mit dem Lasergehäuse kann es beispielsweise möglich sein, verschiedene Lasertypen in ein und dasselbe Gehäuse einzubauen. Durch eine separate Anpassungsvorrichtung kann die Kontaktgeometrie des Lasergehäuses mit Kontakten, die der Kontaktgeometrie des Lasers (die in der Regel von der Kontaktgeometrie des Lasergehäuses abweicht) entsprechen, verbunden werden.With the laser housing It may be possible, for example be to install different laser types in the same housing. By a separate adjustment device, the contact geometry of the laser housing with contacts that are the contact geometry of the laser (which, as a rule corresponding to the contact geometry of the laser housing), get connected.

Ein Lasergehäuse kann beispielsweise eine mechanische, gegebenenfalls auch gasdichte Einheit sein, in der sich beispielsweise eine Laserhaltevorrichtung für einen bestimmten Halbleiterlaser an einer definierten Position in dem Gehäuse befindet. Dabei kann der Halbleiterlaser auf der Laserhaltevorrichtung im Lasergehäuse temperaturgeregelt und elektrisch kontaktiert sein. Das Lasergehäuse kann weiterhin eine elektrische Ansteuereinheit/Endstufe zum Betrieb des Halbleiterlasers umfassen bzw. beinhalten.One laser housing For example, a mechanical, possibly also gas-tight Unit, in which, for example, a laser holding device for one certain semiconductor laser at a defined position in the casing located. In this case, the semiconductor laser on the laser holding device in the laser housing be temperature-controlled and electrically contacted. The laser housing can continue an electrical drive unit / output stage for operating the semiconductor laser include or include.

Die Laserhaltevorrichtung kann z.B. eine mechanische Aufnahmeeinheit sein, die eine Fixierung eines Lasertyps mit guter thermischer Ankopplung gewährleistet.The Laser holding device may e.g. a mechanical recording unit be that a fixation of a laser type with good thermal coupling guaranteed.

Der Halbleiterlaser kann von verschiedenen Herstellern sein, wobei verschiedene mechanische und elektrische Aufbautypen vorhanden sind (C-mount,ST-mount).Of the Semiconductor lasers can be from different manufacturers, with different ones mechanical and electrical types are available (C-mount, ST-mount).

Die Verbindung zwischen den Kontakten wird vorteilhafterweise durch ein elektrisches Anpassungsnetzwerk gewährleistet. Dieses Anpassungsnetzwerk kann nur aus einfachen ohmschen Leitern bestehen, die die jeweiligen Kontakte miteinander verbinden. Auch kann das Anpassungsnetzwerk zusätzliche ohmsche, induktive bzw. kapazitive Widerstände oder Schutzdioden umfassen. Es besteht vorteilhafterweise lediglich aus passiven Bauteilen, wie solchen ohmschen, induktiven oder kapazitiven Widerständen oder Dioden oder ähnlichem.The Connection between the contacts is advantageously through ensures an electrical matching network. This adaptation network can only consist of simple ohmic conductors, which are the respective ones Connect contacts with each other. Also, the customization network additional ohmic, inductive or capacitive resistors or protective diodes include. It consists advantageously only of passive components, as such ohmic, inductive or capacitive resistors or Diodes or the like.

Am einfachsten wird eine derartige Anpassungsvorrichtung mit Hilfe von Platinenmaterial, wie sie bei elektrischen Schaltungen verwendet werden, hergestellt.At the Such a fitting device becomes simplest with the aid of of board material as used in electrical circuits are produced.

Die Anpassungsvorrichtung ist deutlich kleiner als andere elektrische Baugruppen (z.B. Leistungsendstufe) die sich im Lasergehäuse befinden können, z. B. kleiner als 30 mm × 30 mm × 2 mm.The Adaptation device is significantly smaller than other electrical Assemblies (e.g., power output stage) that may be in the laser housing, e.g. B. smaller than 30 mm × 30 mm × 2 mm.

Durch die Verwendung einer derartigen Anpassungsvorrichtung kann in vorteilhafter Weise mit einem einzelnen Lasergehäuse eine Vielzahl von möglichen Lasern benutzt werden.By the use of such a matching device can in an advantageous Way with a single laser housing a variety of possible Lasers are used.

Vorteilhaft ist daher ein Lasergehäuse, das über eine Laserhaltevorrichtung verfügt, die zur Aufnahme von verschiedenen Lasertypen geeignet ist.Advantageous is therefore a laser housing, the above has a laser holding device, which is suitable for holding different types of lasers.

Das Lasergehäuse ist dadurch ausgezeichnet, dass die Laserhaltevorrichtung gegenüber dem Lasergehäuse starr angeordnet ist.The laser housing is characterized in that the laser holding device relative to the laser housing rigid is arranged.

Starr bedeutet, dass sich die Laserhaltevorrichtung und damit die vom Laser emittierte Lichtkeule bei Temperaturänderungen (wie sie bei dem Betrieb des Lasers auftreten können) nicht oder nur geringfügig in ihrer Position ändert. Vorteilhaft ist eine maximale Bewegung der Position des Lasers von weniger als 500 nm oder noch besser weniger als 100 nm, bei einer Temperaturänderung des Lasers zwischen –20 °C und +50 °C.Rigid means that the laser holding device and thus the from Laser emitted light lobe at temperature changes (as in the Operation of the laser can occur) not or only slightly in their position changes. Advantageously, a maximum movement of the position of the laser of less than 500 nm, or more preferably less than 100 nm, with a temperature change of the laser between -20 ° C and +50 ° C.

Die Laserhaltevorrichtung ist hierbei gegenüber dem Lasergehäuse ausreichend thermisch isoliert. Es wird so erreicht, dass sich bei einer Ausdehnung des Kühlkörpers und/oder des vorzugsweise thermoelektrischen Kühlelements und/oder des Wärmetauschers und/oder der Heizung die Position der Laserhaltevorrichtung gegenüber dem Lasergehäuse nicht verändert.The Laser holding device is sufficient in this case with respect to the laser housing thermally insulated. It is achieved so that when expanding the heat sink and / or the preferably thermoelectric cooling element and / or the heat exchanger and / or the heater, the position of the laser holding device relative to the laser housing not changed.

Dadurch wird erreicht, das bei verschiedenen Laserleistungen, die dann verschiedene Kühlleistungen erfordern, die dadurch bedingten Temperaturänderungen und somit hervorgerufenen Ausdehnungen eines etwaigen Kühlkörpers oder eines thermoelektrischen Kühlelements nicht die Position des Lasers gegenüber dem Lasergehäuse verändern. Dadurch wird verhindert, dass bei verschiedenen Betriebsbedingungen der Laserstrahl verschoben wird, was sich nachteilig auf eine stabile Strahlgeometrie auswirkt. Die Ausdehnung von einem thermoelektrischen Kühlelement oder einem Kühlkörper ist zu groß, um die benötigten Toleranzen bezüglich der Laserposition einzuhalten. Daher ist es vorteilhaft, dass die mechanische Befestigung der Laserhalterung an dem Gehäuse nicht (unter anderem) über das thermoelektrische Kühlelement oder den Kühlkörper erfolgt.Thereby is achieved at different laser powers, then different cooling capacity require the resulting temperature changes and thus caused Extents of any heat sink or a thermoelectric cooling element do not change the position of the laser relative to the laser housing. Thereby is prevented in different operating conditions of the Laser beam is shifted, which adversely affects a stable Beam geometry affects. The extension of a thermoelectric cooling element or a heat sink too large, around the needed Tolerances regarding the To maintain laser position. Therefore, it is advantageous that the mechanical Fixing the laser holder to the housing does not (among other things) over the thermoelectric cooling element or the heat sink takes place.

Ausführungsformen der Erfindung sollen anhand der beiliegenden Figuren erläutert werden. Dabei zeigt:embodiments The invention will be explained with reference to the accompanying figures. Showing:

1 eine Anpassungsvorrichtung von der Oberseite aus gesehen (1a) und von der Unterseite aus gesehen (1b), 1 a fitting device seen from the top ( 1a ) and seen from the bottom ( 1b )

2 einen Teil eines Lasergehäuses, einer Anpassungsvorrichtung sowie eine Laserhaltevorrichtung mit einem Laser in einer explosionszeichnungsartigen Darstellung, 2 a part of a laser housing, a fitting device and a laser holding device with a laser in an exploded drawing-like representation,

3 eine schematische dreidimensionale Darstellung eines Teils eines Lasergehäuses, 3 a schematic three-dimensional representation of a part of a laser housing,

4 eine schematische Schnittzeichnung eines Lasergehäuses. 4 a schematic sectional view of a laser housing.

In 1a is eine Anpassungsvorrichtung 1 dargestellt. Sie umfasst einen Träger 8, der beispielsweise aus dem Material einer Platine, wie es bei der Herstellung von elektrischen Schaltungen verwendet wird, hergestellt ist. Auf dem Träger 8 sind beispielsweise Leiterbahnen 5 angeordnet, die mit ersten Kontakten 3a und 3b verbunden sind. Exemplarisch ist in 1a weiterhin ein elektrisches Bauteil 4 dargestellt, das beispielsweise ein Widerstand, ein Kondensator oder eine Induktivität sein kann, wobei diese in 1a exemplarisch in der Leiterbahn zu dem Kontakt 3b dargestellt ist. Auch zwischen Leiterbahnen, die jeweils für sich zu den Kontaktflächen 3a und 3b führen, können derartige elektrische Bauteile vorgesehen sein bzw. auch in beliebiger Art und Weise miteinander verschaltet sein. D. h. auch, dass mehr als nur ein elektrisches Bauteil 4 vorgesehen sein kann. Auch ist es möglich, neben den Leiterbahnen 5 kein weiteres elektrisches Bauteil 4 vorzusehen. Vorteilhaft ist jedoch genau ein derartiges Bauteil, oder höchstens zwei zu verwenden.In 1a is a fitting device 1 shown. It includes a carrier 8th For example, made of the material of a board, as it is used in the manufacture of electrical circuits. On the carrier 8th are, for example, tracks 5 arranged with first contacts 3a and 3b are connected. Exemplary is in 1a furthermore an electrical component 4 shown, which may be, for example, a resistor, a capacitor or an inductance, which in 1a exemplary in the track to the contact 3b is shown. Also between tracks, each for themselves to the contact surfaces 3a and 3b lead, such electrical components may be provided or interconnected in any manner. Ie. too, that more than just an electrical component 4 can be provided. Also it is possible, besides the conductor tracks 5 no further electrical component 4 provided. However, it is advantageous to use exactly one such component, or at most two.

Die Leiterbahnen 5 und die Kontakte 3a, 3b können beispielsweise aus einer Kupferschicht hergestellt sein. Das elektrische Bauteil 4 kann nachträglich eingebracht bzw. eingelötet werden oder auch durch eine spezielle Konfiguration von Leiterbahnen verwirklicht werden. Hierbei kann beispielsweise eine Kapazität zwischen Leiterbahnen ausgenutzt werden, um einen kapazitiven Widerstand zu erzeugen.The tracks 5 and the contacts 3a . 3b For example, they may be made of a copper layer. The electrical component 4 can be subsequently introduced or soldered or realized by a special configuration of interconnects. In this case, for example, a capacitance between interconnects can be exploited in order to generate a capacitive resistance.

In 1b ist die Anpassungsvorrichtung aus 1a von der Unterseite dargestellt, d. h. die in 1b dargestellte Anpassungsvorrichtung entspricht der Anpassungsvorrichtung aus 1a, ist jedoch mit seiner Unterseite nach oben gedreht worden.In 1b is the adjustment device off 1a shown from the bottom, ie the in 1b shown adaptation device corresponds to the adjustment device 1a , but has been turned upside down.

Der Träger 8 weist zwei Durchgangsleiter 7 auf, die mit den elektrischen Leiterbahnen 5 elektrisch verbunden sind.The carrier 8th has two via conductors 7 on that with the electrical traces 5 are electrically connected.

In 1b ist zu erkennen, dass die elektrischen Durchgangsleiter 7 mit weiteren Leiterbahnen 6 auf der Unterseite der Anpassungsvorrichtung verbunden sind, wobei die Leiterbahn 6 zu zweiten Kontakten 2a und 2b führen.In 1b it can be seen that the electrical through conductors 7 with further tracks 6 are connected to the bottom of the matching device, wherein the conductor track 6 to second contacts 2a and 2 B to lead.

Durch die elektrischen Leiterbahnen 5 und 6 sowie durch den Durchgangsleiter 7 ist der erste Kontakt 3a mit dem zweiten Kontakt 2a verbunden. Der erste Kontakt 3b ist mit dem zweiten Kontakt 2b über die elektrischen Leiterbahnen 5 und 6 durch den Durchgangsleiter 7 sowie das elektrische Bauteil 4 verbunden.Through the electrical conductors 5 and 6 as well as through the via conductor 7 is the first contact 3a with the second contact 2a connected. The first contact 3b is with the second contact 2 B over the electrical conductors 5 and 6 through the via conductor 7 as well as the electrical component 4 connected.

Während in 1 ein elektrisches Bauteil 4 auf der Seite der Kontakte 3a, 3b angeordnet ist, könnte es auch auf der gegenüberliegenden Seite der Kontakte 2a , 2b angeordnet sein.While in 1 an electrical component 4 on the side of the contacts 3a . 3b It could also be on the opposite side of the contacts 2a . 2 B be arranged.

Anstelle von Kontakten 2a, 2b, 3a, 3b in Form von Kontaktflächen, wie sie in 1a und 1b dargestellt sind, können auch andersartige Kontakte, wie etwa Presskontakte, Federkontakte, Nadelkontakte oder elastische elektrische Leiter zum Kontaktieren vorgesehen sein.Instead of contacts 2a . 2 B . 3a . 3b in the form of contact surfaces, as in 1a and 1b are shown, other types of contacts, such as press contacts, spring contacts, needle contacts or elastic electrical conductors may be provided for contacting.

Da jedoch die Anpassungsvorrichtung vorteilhafterweise möglichst einfach gehalten wird, haben die Kontaktflächen bezüglich ihrer einfachen Herstellung einen Vorteil. Zur Kontaktierung eines Lasers, der mit einfachen Kontaktflächen schwer zu kontaktieren ist (Probleme bei einer nicht ausreichenden Leitfähigkeit des Kontakts, Kapazitäten der Kontaktflächen, geometrische Beschränkungen etc.) kann jedoch auch einer der obigen anderen Kontakte vorteilhaft sein.There however, the adaptation device advantageously as possible is kept simple, have the contact surfaces with respect to their ease of manufacture an advantage. For contacting a laser with simple contact surfaces difficult to contact (problems with an insufficient conductivity of contact, capacities the contact surfaces, geometric restrictions etc.) can, however, also one of the above other contacts advantageous be.

Dadurch, dass die ersten Kontakte 3a, 3b auf der gegenüberliegenden Seite der zweiten Kontakte 2a, 2b liegen, kann die Unterseite der Anpassungsvorrichtung der Kontaktgeometrie eines Lasers angepasst sein und die ersten Kontakte 3a, 3b auf der Oberseite der Anpassungsvorrichtung 1 der Kontaktgeometrie des Lasergehäuses. Liegen sowohl die ersten Kontakte, als auch die zweiten Kontakte auf derselben Seite des Trägers 8 können sie an verschiedenen Stellen angeordnet sein, umso die jeweilige geometrische Anpassung zu erreichen.Because of the first contacts 3a . 3b on the opposite side of the second contacts 2a . 2 B lie, the bottom of the adjustment device, the contact geometry of a laser can be adjusted and the first contacts 3a . 3b on top of the adapter 1 the contact geometry of the laser housing. Both the first contacts and the second contacts are on the same side of the carrier 8th they can be arranged in different places, so as to achieve the respective geometrical adaptation.

Für verschiedene Lasertypen werden die ersten Kontakte 3a, 3b daher in der Regel in der selben Position und eventuell auch gleichartig ausgestaltet sein, wohingegen die zweiten Kontakte für den jeweiligen Laser angepasst werden. Auch ist es möglich, das elektrische Bauteil 4 entsprechend vorzusehen, wegzulassen bzw. durch weitere Bauteile oder Leiterbahnen zu ergänzen.For different laser types, the first contacts 3a . 3b Therefore, usually be in the same position and possibly also similar, whereas the second contacts are adapted to the respective laser. It is also possible, the electrical component 4 accordingly provide, omit or supplement by other components or conductors.

Das elektrische Bauteil 4, die Form und Art der Leiterbahnen 5, 6 sowie die Ausführung des elektrischen Durchgangsleiters 7 beeinflussen die Impedanz der Anpassungsvorrichtung. Dieser muss jedoch auf den entsprechenden Laser abgestimmt sein. Die Kombination aus Laser und Anpassungsvorrichtung ist vorteilhafterweise auf die elektrischen Eigenschaften der Hochfrequenz- und/oder Hochleistungsschaltung, die den Laser ansteuern soll, angepasst. Dadurch werden beispielsweise Reflexionen in den Leitungen zwischen Ansteuerelektronik und Laser vermieden. Die verschiedenen elektrischen Eigenschaften verschiedener Laser können daher durch die Anpassungsvorrichtung zu der jeweiligen Ansteuerelektronik angepasst werden. Damit kann ein und dieselbe Ansteuerelektronik für verschiedene Lasertypen verwendet werden.The electrical component 4 , the shape and type of the tracks 5 . 6 as well as the execution of the electrical continuity conductor 7 affect the impedance of the adapter. However, this must be matched to the corresponding laser. The combination of laser and adaptation device is advantageously adapted to the electrical properties of the high-frequency and / or high-power circuit which is intended to drive the laser. As a result, for example, reflections in the lines between control electronics and laser are avoided. The various electrical properties of different lasers can therefore be adapted by the adjustment device to the respective control electronics. Thus, one and the same control electronics can be used for different types of lasers.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Verwendung einer Anpassungsvorrichtung aus 1 bzw. das Verfahren zum elektrischen Verbinden eines Lasers mit einem Lasergehäuse soll anhand von 2 erläutert werden.An advantageous embodiment of the use of a fitting device 1 or the method for electrically connecting a laser to a laser housing is to be based on 2 be explained.

In 2 ist ein Teil eines elektrischen Anschlussstücks 13 dargestellt. Das elektrische Anschlussstück 13 weist zwei Federkontakte 14a, 14b auf. Diese Federkontakte 14a, 14b bilden die elektrischen Anschlusskontakte eines Lasergehäuses. In 2 sind Leiterbahnen 15a und 15b dargestellt, mit denen die Anschlusskontakte 14a und 14b verbunden sind. Die Kontakte 14a, 14b können jedoch auch in anderer Weise elektrisch angeschlossen sein.In 2 is a part of an electrical connector 13 shown. The electrical connection piece 13 has two spring contacts 14a . 14b on. These spring contacts 14a . 14b form the electrical connection contacts of a laser housing. In 2 are tracks 15a and 15b represented, with which the connection contacts 14a and 14b are connected. The contacts 14a . 14b However, they can also be electrically connected in other ways.

In 2 ist die Anpassungsvorrichtung 1 stark beabstandet von dem Anschlussstück 13 dargestellt. Dies dient dazu, die Anschlusskontakte 14a, 14b sichtbar zu machen.In 2 is the adjustment device 1 greatly spaced from the fitting 13 shown. This serves to make the connection contacts 14a . 14b to make visible.

Nach Zusammenbau befindet sich die Anpassungsvorrichtung so dicht über dem Anschlussstück 13, dass die in 1a dargestellten ersten Kontakte 3a, 3b des Anschlussstück 1 mit dem elektrischen Anschlusskontakten 14a, 14b verbunden sind.After assembly, the adapter is so close to the fitting 13 that in 1a illustrated first contacts 3a . 3b of the connector 1 with the electrical connection contacts 14a . 14b are connected.

Für die Beschreibung der Anpassungsvorrichtung 1 wird auf die Beschreibung der 1a und 1b verwiesen.For the description of the adaptation device 1 will be on the description of 1a and 1b directed.

Stark beabstandet von der Anpassungsvorrichtung 1 ist in 2 eine Laserhaltevorrichtung 10 dargestellt. Nach Zusammenbau befindet sich die Laserhaltevorrichtung 10 jedoch so dicht bei der Anpassungsvorrichtung 1 bzw. in Kontakt mit dieser, dass die zweiten Kontakte 2a, 2b mit den Kontakten 11a, 11b in Kontakt stehen. Die Kontakte 11a, 11b sind elektrische Anschlusskontakte des Lasers 9. Die Kontakte 11a, 11b sind in 2 durch Leiter 12a, 12b mit dem Laserchip verbunden dargestellt. Jedoch können solche Leiter 12a und 12b bei geeigneter Kontaktgeometrie des Lasers 9 auch entfallen. In der Regel werden die Kontakte 11a, 11b des Lasers 9 fest mit dem Laserchip durch einen eigenen Träger verbunden sein (ein solcher eigener Träger ist in 2 nicht dargestellt).Starkly spaced from the adapter 1 is in 2 a laser holding device 10 shown. After assembly, the laser holder is located 10 but so close to the adapter 1 or in contact with this, that the second contacts 2a . 2 B with the contacts 11a . 11b stay in contact. The contacts 11a . 11b are electrical connection contacts of the laser 9 , The contacts 11a . 11b are in 2 through ladder 12a . 12b shown connected to the laser chip. However, such conductors can 12a and 12b with suitable contact geometry of the laser 9 also omitted. In general, the contacts 11a . 11b the laser 9 be firmly connected to the laser chip by its own carrier (such a separate carrier is in 2 not shown).

In 2 ist somit ersichtlich, wie die elektrischen Anschlusskontakte 14a, 14b eines Lasergehäuses mittels der Anpassungsvorrichtung 1 elektrisch mit dem Laser 9 verbunden werden.In 2 is thus apparent as the elektri connecting contacts 14a . 14b a laser housing by means of the adaptation device 1 electrically with the laser 9 get connected.

Die Anpassungsvorrichtung 1 in 2 ist an ihrem rechts dargestellten Ende so ausgespart, dass der Laser 9 in der Aussparung angeordnet werden kann. Dies ist für einen kompakten Aufbau vorteilhaft, ist jedoch nicht zwingend erforderlich, sondern hängt von der jeweiligen Lasergeometrie ab. Die Laserhaltevorrichtung 10 des Lasergehäuses kann ggf. für die verschiedenen Lasertypen, die in dem Lasergehäuse installiert werden sollen, angepasst werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die verschiedenen Lasertypen den Laserstrahl an unterschiedlichen Stellen bzw. Abständen von der Laserhaltevorrichtung 10 emitieren, da dann durch eine Änderung der Laserhaltevorrichtung der Strahl immer an ein und derselben Position bezüglich des Lasergehäuses angeordnet werden kann.The adaptation device 1 in 2 is at its end shown on the right so cut out that the laser 9 can be arranged in the recess. This is advantageous for a compact construction, but is not absolutely necessary, but depends on the respective laser geometry. The laser holder 10 If necessary, the laser housing can be adapted for the different types of lasers to be installed in the laser housing. This is particularly advantageous if the different types of laser laser beam at different locations or distances from the laser holding device 10 emit, since then by a change in the laser holding device, the beam can always be placed in one and the same position with respect to the laser housing.

In 3 ist die mechanische Befestigung des Lasers 9 in Bezug auf einen Teil 18 des Lasergehäuses dargestellt. In 3 ist auf dem Teil 18 des Lasergehäuses eine Säule 16a und 16b dargestellt. Diese können beispielsweise aus einer isolierenden Keramik, faserverstärktem Epoxidharz, aus einem dünnwandigen Material, wie beispielsweise Edelstahl oder ähnlichem, gefertigt sein. Durch die Materialauswahl ergibt sich eine gute thermische Isolationsfähigkeit der Säulen 16a, 16b. Auf den Säulen 16a, 16b ist ein Träger 17 angeordnet. Auf dem Träger 17 ist die Laserhaltevorrichtung 10 mit dem darauf bzw. daran befindlichen Laser 9 vorgesehen. Der Träger 17 kann ebenfalls aus einem Material gefertigt sein, das eine hohe thermische Isolationsfähigkeit aufweist. Auch ist es möglich, auf den Träger 17 zu verzichten und die Laserhaltevorrichtung 10 direkt auf den Säulen 16a, 16b anzuordnen. Durch die Befestigung über das isolierende Material ist die Laserhaltevorrichtung 10 gegenüber dem Lasergehäuse starr und thermisch isoliert angeordnet.In 3 is the mechanical attachment of the laser 9 in relation to a part 18 of the laser housing shown. In 3 is on the part 18 of the laser housing a column 16a and 16b shown. These may for example be made of an insulating ceramic, fiber-reinforced epoxy resin, of a thin-walled material, such as stainless steel or the like. The choice of material results in a good thermal insulation capacity of the columns 16a . 16b , On the columns 16a . 16b is a carrier 17 arranged. On the carrier 17 is the laser holder 10 with the laser on or on it 9 intended. The carrier 17 may also be made of a material having a high thermal insulation capability. Also it is possible on the carrier 17 to dispense and the laser holding device 10 directly on the columns 16a . 16b to arrange. By fastening over the insulating material is the laser holding device 10 arranged rigidly and thermally insulated from the laser housing.

Auf der in 3 dargestellten Oberseite der Laserhaltevorrichtung 10 kann ein thermoelektrisches Kühlelement und/oder eine elektrische Heizung (z.B. in Form einer Heizfolie) angeordnet werden oder auch ein Kühlkörper oder auch ein thermoelektrisches Element mit einem darüber befindlichen Kühlkörper oder ein Wärmetauscher für die Flüssigkeitskühlung. Die Laserhaltevorrichtung 10 dient hierbei als Wärmesenke des Lasers. Sie sollte daher aus einem Material mit einer guten Wärmeleitfähigkeit sein. Wegen der Positionsgenauigkeit des Lasers 9 bei Temperaturänderungen sollte das Material der Laserhaltevorrichtung 10 weiterhin keine bzw. nur eine geringe thermische Ausdehnung aufweisen.On the in 3 shown top of the laser holding device 10 it is possible to arrange a thermoelectric cooling element and / or an electric heater (eg in the form of a heating foil) or else a heat sink or else a thermoelectric element with a heat sink located above or a heat exchanger for the liquid cooling. The laser holder 10 serves as the heat sink of the laser. It should therefore be made of a material with good thermal conductivity. Because of the positional accuracy of the laser 9 with temperature changes, the material of the laser holder should 10 continue to have no or only a small thermal expansion.

Es hat sich gezeigt, dass die thermische Ausdehnung des thermoelektrischen Kühlelements bzw. des Kühlkörpers recht erheblich sind. Bei der in 3 dargestellten Aufhängung des Lasers 9 sind jedoch derartige Ausdehnungen für die Position des Lasers 9 in Bezug auf den Teil 18 des Lasergehäuses irrelevant. Dadurch, dass der Laser 9 direkt mit dem Gehäuse verbunden ist, ohne ein dazwischenliegendes thermoelektrisches Kühlelement, sind Ausdehnungen des Kühlelementes für die Position des Lasers 9 irrelevant. Dazu wird also der Laser 9 mit der Kaltseite des thermoelektrischen Kühlelements verbunden.It has been found that the thermal expansion of the thermoelectric cooling element or the heat sink are quite considerable. At the in 3 illustrated suspension of the laser 9 However, such expansions are for the position of the laser 9 in terms of the part 18 of the laser housing irrelevant. By doing that, the laser 9 is directly connected to the housing, without an intermediate thermoelectric cooling element, are extensions of the cooling element for the position of the laser 9 irrelevant. So this is the laser 9 connected to the cold side of the thermoelectric cooling element.

Je näher die Befestigungseinrichtung 16a, 16b, 17 an dem Laser 9 liegt, desto kleiner werden Positionsänderungen des Lasers 9 bei Temperaturänderungen der Laserhaltevorrichtung 10 sein, was sich vorteilhaft auf eine stabile Strahlposition auswirkt.The closer the fastening device 16a . 16b . 17 at the laser 9 is, the smaller are position changes of the laser 9 at temperature changes of the laser holding device 10 be, which has an advantageous effect on a stable beam position.

In 4 ist eine schematische Schnittzeichnung eines Lasergehäuses dargestellt. Das Lasergehäuse wird mit der Bezugsziffer 23 bezeichnet. Ein Teil dieses Lasergehäuses 23 ist durch das Element 18 gegeben. Auf diesem Element 18 stützen sich thermische Isolationselemente 16 ab. In der Ausführungsform von 4 sind vier solcher thermischen Isolationselemente 16 vorgesehen, von denen jedoch jeweils zwei verdeckt hinter den vorderen beiden dargestellten sind. Auf den thermoelektrischen Isolationselementen ist ein Träger 17 angeordnet, der zwei Teile aufweist, die durch eine Verbindung 17' miteinander verbunden sind.In 4 is a schematic sectional view of a laser housing shown. The laser housing is indicated by the reference numeral 23 designated. Part of this laser housing 23 is through the element 18 given. On this element 18 Support thermal insulation elements 16 from. In the embodiment of 4 are four such thermal insulation elements 16 provided, however, two of which are each concealed behind the front two shown. On the thermoelectric insulation elements is a carrier 17 arranged, which has two parts, by a connection 17 ' connected to each other.

Verbunden mit dem Träger 17 ist die Laserhaltevorrichtung 10, an der sich an deren rechten Ende nicht sichtbar der Laser 9 befindet. Dargestellt ist jedoch der Laserstrahl 30, der von dem Laser emittiert wird. Oberhalb von der Laserhaltevorrichtung 10 ist ein thermoelektrisches Kühlelement 19, wie beispielsweise ein Peltierelement angeordnet. Auf der Warmseite des thermoelektrischen Kühlelements ist ein Kühlkörper 20 angeordnet, der an seiner Oberseite Kühlrippen aufweist. Die Kühlrippen stehen im Kontakt mit der Umgebungsluft oder einem anderen Kühlmedium, um eine gute Kühlwirkung zu erzielen.Connected to the carrier 17 is the laser holder 10 , at the right end of which the laser is not visible 9 located. Shown, however, is the laser beam 30 which is emitted by the laser. Above the laser holder 10 is a thermoelectric cooling element 19 , such as a Peltier element arranged. On the hot side of the thermoelectric cooling element is a heat sink 20 arranged, which has on its upper side cooling ribs. The cooling fins are in contact with the ambient air or another cooling medium in order to achieve a good cooling effect.

Die Laserhaltevorrichtung 10 dient hierbei dazu, die Leistung, die in dem Laser 9 oder auch in der Anpassungsvorrichtung 1 umgesetzt wird, aufzunehmen und abzuleiten. Durch eine entsprechende Kühlleistung des thermoelektrischen Kühlelements 19 wird dadurch eine Erwärmung weitgehend vermieden.The laser holder 10 This serves to increase the power in the laser 9 or in the adapter 1 implemented, absorb and dissipate. By a corresponding cooling capacity of the thermoelectric cooling element 19 As a result, heating is largely avoided.

Um die Temperaturänderungen zu detektieren bzw. zu kontrollieren, muss ein Temperatursensor vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise ein Widerstand sein, dessen elektrischer Widerstand sich in vorbestimmter Weise mit der Temperatur ändert. Wird der Widerstand gemessen, so kann auf die Temperatur geschlossen werden. Der Sensor ist vorteilhafterweise möglichst dicht bei dem Laser 9 und in gutem thermischen Kontakt zu diesem angeordnet. Er kann beispielsweise in die Laserhaltevorrichtung 10 integriert oder an dieser angebracht sein.In order to detect or control the temperature changes, a temperature sensor must be provided. This may be, for example, a resistor whose electrical resistance changes in a predetermined manner with the temperature changed. If the resistance is measured, the temperature can be determined. The sensor is advantageously as close as possible to the laser 9 and arranged in good thermal contact with this. He can, for example, in the laser holding device 10 integrated or attached to this.

Der Kühlkörper 20 weist an seinem Umfang eine Nut 21 auf, in die eine Dichtung 22 aufgenommen ist. Die Dichtung 22 dichtet den Spalt zwischen dem Kühlkörper 20 und dem Gehäuse 23 ab. Die Dichtung 22 kann beispielsweise ein O-Ring-Dichtung sein. Bei einer thermischen Ausdehnung des thermoelektrischen Kühlerelements 19 oder des Kühlkörpers 20, kann sich der Kühlkörper frei nach oben und unten bewegen, wobei dennoch durch die Dichtung 22 die Gasdichtheit des Inneren des Gehäuses 23 gewährleistet wird. Der Kühlkörper 20 ist somit beweglich gegenüber dem Gehäuse, jedoch gasdicht mit diesem abgedichtet angeordnet.The heat sink 20 has at its periphery a groove 21 in which a seal 22 is included. The seal 22 seals the gap between the heat sink 20 and the housing 23 from. The seal 22 may be, for example, an O-ring seal. In a thermal expansion of the thermoelectric cooler element 19 or the heat sink 20 , the heat sink can move freely up and down, while still through the seal 22 the gas-tightness of the interior of the housing 23 is guaranteed. The heat sink 20 is thus movable relative to the housing, but arranged gas-tight with this sealed.

Anstelle einer O-Ring-Dichtung 21 kann auch beispielsweise eine entsprechende Membran, wie beispielsweise eine Metallmembran oder ein Balg oder ähnliches vorgesehen sein.Instead of an O-ring seal 21 For example, it is also possible to provide a corresponding membrane, for example a metal membrane or a bellows or the like.

Vorteilhafterweise kann das Kühlelement 20 und/oder das thermoelektrische Element 19 durch elastisches Material (Federn, Gummi o.ä.) gegenüber der Laserhalterung 10 vorgespannt sein.Advantageously, the cooling element 20 and / or the thermoelectric element 19 by elastic material (springs, rubber or similar) opposite the laser holder 10 be biased.

Anstelle eines Kühlkörpers kann auch ein beispielsweise wassergekühlter Wärmetauscher vorgesehen sein.Instead of a heat sink can also be provided, for example, a water-cooled heat exchanger.

Die elektrischen Versorgungsleitungen des thermoelektrischen Kühlelements 19 sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.The electrical supply lines of the thermoelectric cooling element 19 are not shown for clarity.

Der Laserstrahl 30 des nicht dargestellten Lasers 9 tritt durch ein Fenster 29 aus. Anstelle eines Fensters 29 kann auch eine Linse, ein Spiegel, eine Glasfaser, eine Kollimationsoptik (ebenfalls in Kombination mit einer Glasfaser) oder eine sonstige für den Laserstrahl geeignete Optik vorgesehen sein.The laser beam 30 the laser, not shown 9 enters through a window 29 out. Instead of a window 29 it is also possible to provide a lens, a mirror, a glass fiber, a collimation optics (likewise in combination with a glass fiber) or any other optics suitable for the laser beam.

An dem in 4 rechten Ende der Laserhaltevorrichtung 10 ist an der Unterseite die Anpassungsvorrichtung 1 dargestellt. Weiterhin sind die Kontaktfedern 14 (siehe auch 2) dargestellt, die die Anpassungsvorrichtung 1 mit dem Anschlussstück 13 verbinden. Während das Anschlussstück 13 und die Kontaktfedern 14 mit dem Gehäuse verbunden sind und zu diesem gehören, ist die Anpassungsvorrichtung 1 leicht austauschbar.At the in 4 right end of the laser holder 10 is at the bottom of the adapter 1 shown. Furthermore, the contact springs 14 (see also 2 ) showing the adapter device 1 with the connector 13 connect. While the connector 13 and the contact springs 14 are connected to the housing and belong to this, is the adjustment device 1 easily replaceable.

Das Anschlussstück 13 ist durch Leiter 25a, 25b mit einer Leistungsendstufe 24 verbunden. Die Leistungsendstufe 24 dient dazu, den Laser 9 mit Hochfrequenzpulsen und auch ggf. mit einer niederfrequent modulierbaren Gleichspannung bzw. einem Gleichstrom zu versorgen. Die Leistungsendstufe 24 befindet sich hierbei innerhalb des Gehäuses 23. Dadurch, dass sie unterhalb des Gehäuseteils 18 angeordnet ist, liegt sie räumlich relativ dicht an der Position des Lasers, so dass die Zuleitungen zwischen Leistungsendstufe 24 und Laser kurz gehalten werden können, was für die Ansteuerung des Lasers mit kurzen Pulsen vorteilhaft ist, da hiermit ein Verlaufen bzw. die Reflektion der Pulse weitgehend vermieden werden. Der Abstand zwischen dem Laser 9 und dem Ausgang der Leistungsendstufe 24 kann weniger als 20 mm oder noch besser, weniger als 10 mm betragen.The connection piece 13 is by ladder 25a . 25b with a power output stage 24 connected. The power output stage 24 serves to the laser 9 to supply with high-frequency pulses and possibly also with a low-frequency modulated DC voltage or a direct current. The power output stage 24 is located inside the housing 23 , Because they are below the housing part 18 is arranged, it is spatially relatively close to the position of the laser, so that the leads between power amplifier 24 and laser can be kept short, which is advantageous for the control of the laser with short pulses, as this bleeding or the reflection of the pulses are largely avoided. The distance between the laser 9 and the output of the power amplifier 24 may be less than 20 mm, or even better, less than 10 mm.

Die Leistungsendstufe 24 wird durch eine geeignete Anzahl von Anschlussleitern 27, die mit einem Stecker/einer Buchse 28 verbunden sind, mit elektrischer Leistung versorgt und mit entsprechenden Steuersignalen angesteuert.The power output stage 24 is through a suitable number of connecting conductors 27 that with a plug / a socket 28 are connected, supplied with electrical power and driven with corresponding control signals.

Das Gehäuse 23 weist weiterhin eine Öffnung 32 auf, die mit einem Ventil 31 absperrbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, das Innere des Gehäuses 23 zu evakuieren. Dadurch, dass der Laserstrahl 30 durch ein geeignetes Fenster (oder anderes) austritt und die Spalte zwischen Kühlkörper 20 und Gehäuse 23 mit einer Dichtung 22 abgedichtet ist, ist es somit möglich, in dem Inneren des Gehäuses 23 ein Vakuum zu erzeugen. Dies ist für die thermische Isolation vorteilhaft und verhindert weiterhin die Kondensation von Luftfeuchtigkeit innerhalb des Lasergehäuses, falls mit dem thermoelektrischen Kühlerelement 19 bis unterhalb von dem Taupunkt gekühlt wird.The housing 23 still has an opening 32 on that with a valve 31 can be locked. In this way it is possible the inside of the case 23 to evacuate. Because of the laser beam 30 through a suitable window (or other) exits and the gap between heat sink 20 and housing 23 with a seal 22 is sealed, it is thus possible in the interior of the case 23 to create a vacuum. This is advantageous for thermal insulation and further prevents the condensation of humidity within the laser housing, if with the thermoelectric cooler element 19 cooled to below the dew point.

Der Laser 9 ist bevorzugterweise ein Halbleiterlaser, wie beispielsweise ein NIR (near infrared)-Laser oder ein MID (midinfrared)-Laser. Bekannt sind hierbei beispielsweise sogenannte QCL (quantum cascade laser)-Laser.The laser 9 is preferably a semiconductor laser, such as an NIR (near infrared) laser or an MID (mid-infrared) laser. For example, so-called QCL (quantum cascade laser) lasers are known.

Claims

Laser housing ( 23 ) with a laser holding device ( 10 ) for holding a laser ( 9 ), wherein the laser holding device ( 10 ) relative to the laser housing ( 23 ) is arranged rigidly and thermally insulated and a heat sink ( 20 ) and / or a heat exchanger and / or a cooling element ( 19 ), such as a thermoelectric cooling element, and / or a heater with the laser housing ( 23 ) via the laser holding device ( 10 ) connected is.

Laser housing according to claim 1, characterized in that the laser holding device ( 10 ) with the laser housing ( 23 ) is bonded via ceramic, fiber-reinforced epoxy or a thin-walled material such as thin-walled stainless steel.

Laser housing according to one of claims 1 or 2, characterized in that the laser holding device ( 10 ) on a support ( 17 ), wherein the carrier ( 17 ) relative to the laser housing ( 23 ) is arranged thermally isolated.

Laser housing according to one of claims 1 to 3, characterized in that the laser holding device ( 10 ) with the cold side of the cooling element ( 19 ) connected is.

Laser housing according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat sink ( 20 ) the laser housing ( 23 ) is arranged to be movable and / or gastight and / or opposite the cooling element or the heating via the laser housing ( 23 ) is biased.

Laser housing according to one of claims 1 to 5, characterized in that the laser holding device ( 10 ) without intermediate cooling element ( 19 ) with the laser housing ( 23 ) connected is.

Laser housing according to one of claims 1 to 6, characterized in that the laser holding device ( 10 ) electrically insulating with the laser housing ( 18 . 23 ) connected is.

Laser housing according to one of claims 1 to 7, characterized in that the laser holding device ( 10 ) for the laser ( 9 ) is or comprises a heat sink.

Laser housing according to one of Claims 1 to 8, characterized by a power output stage ( 24 ) for the electrical control and / or power supply of the laser ( 9 ).

Laser housing according to one of claims 1 to 9, characterized in that the laser housing ( 23 ) is gas-tight and / or evacuated.

Laser housing according to one of claims 1 to 10, characterized by an additional rigidly connected to the laser housing optics ( 29 ) for the laser beam ( 30 ) of the laser ( 9 ) such as a window, a lens, a mirror or an optical fiber.

Laser housing according to one of claims 1 to 11, characterized by electrical connection contacts in a contact geometry and a matching device, which comprises: first contacts matching the contact geometry of the electrical connection contacts of the laser housing, wherein the adaptation device ( 1 ) second contacts ( 2a . 2 B ) matching the contact geometry of a laser ( 9 ) associated with the first contacts ( 3a . 3b ) are connected.

Laser housing according to claim 12, characterized in that the first contacts ( 3a . 3b ) on the side of the adapter ( 1 ), the second contacts ( 2a . 2 B ) is opposite.

Laser housing according to claim 12 or 13, characterized in that the first and / or second contacts ( 2a . 2 B . 3a . 3b ) Press contacts and / or spring contacts and / or needle contacts and / or contact surfaces and / or elastic electrical conductors.

Laser housing according to one of claims 12 to 14; characterized by a carrier ( 8th ) of the matching device, the contacts ( 2a . 2 B . 3a . 3b ), wherein the. Carrier ( 8th ) preferably comprises board material, such as epoxy resin, ceramic, kraft paper.

Laser housing according to claim 15, characterized in that the first and second contacts ( 2a . 2 B . 3a . 3b ) at least in sections via printed conductors ( 5 ) and / or wire and / or via conductor ( 7 ) by the carrier ( 8th ) are connected.

Laser housing according to one of Claims 12 to 16, characterized by an electrical matching network ( 4 ) electrically connected between the first and second contacts ( 2a . 2 B . 3a . 3b ) lies.

Laser housing according to claim 17, characterized in that the matching network ( 4 ) comprises ohmic and / or inductive and / or capacitive resistors or consists exclusively of such.

Laser housing according to one of claims 17 or 18, characterized in that the matching network ( 4 ) comprises only passive components without additional power supply such as diodes.

Laser housing according to one of claims 12 to 19, characterized in that the connection contacts ( 14a . 14b ) of the laser housing ( 23 ) Press contacts and / or spring contacts and / or needle contacts and / or contact surfaces and / or elastic electrical conductors are or include.

Laser housing according to one of claims 12 to 20, characterized in that the adaptation device ( 1 ) is smaller than 30mm × 30mm × 2mm.

Laser housing according to one of claims 1 to 21, characterized in that the laser ( 9 ) comprises a semiconductor laser chip on a C-mount or an ST-mount.