DE10362042B4

DE10362042B4 - Lasergehäuse

Info

Publication number: DE10362042B4
Application number: DE10362042A
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: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: DE10362042A1

Abstract

Lasergehäuse (23) mit elektrischen Anschlusskontakten (14a, 14b) in einer Kontaktgeometrie und einer austauschbaren Anpassungsvorrichtung (1), die aufweist:
– erste Kontakte (3a, 3b) passend zu der Kontaktgeometrie der elektrischen Anschlusskontakte (14a, 14b) des Lasergehäuses,
– zweite Kontakte (2a, 2b) passend zu den Kontakten (11a, 11b) eines Lasers (9) in einer vorgegebenen Kontaktgeometrie, die mit den ersten Kontakten (3a, 3b) verbunden sind,
– ein elektrisches Anpassungsnetzwerk (4), das elektrisch zwischen den ersten und zweiten Kontakten (2a, 2b, 3a, 3b) liegt,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Anpassungswerk (4) lediglich passive Komponenten ohne zusätzliche Spannungsversorgung, wie z. B. Dioden, aufweist und dass das Lasergehäse (23) geschicht und evakuierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lasergehäuse.
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.
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.
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.
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.
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.
Aus der WO 01/93382 A1 ist ein Lasergehäuse bekannt, bei dem in einem Substrat, das Teil des Gehäuses darstellt, Durchgangslöcher mit einem leitfähigen Material gefüllt sind.
Die JP 2001-148 530 A zeigt eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Halbleiterlasers, bei dem bei einem reinschiebbaren und rausziehbarem Substrat eine Laserdiode zusammen mit einer elektronischen Schaltung vorgesehen ist.
Die US 6 151 341 A zeigt ein stapelbares integriertes Diodengehäuse mit Drähten zum Verbinden eines Laserelements. Die US 2002/0081916 A1 zeigt Federkontakte für Verbinder, die für ein Lasergehäuse verwendet werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Lasergehäuse bereitzustellen.
Hier ist eine bessere elektrische Kontaktierung eines Lasers in einem Lasergehäuse relevant.
Die Aufgabe wird durch ein Lasergehäuse nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Mit dem Lasergehäuse nach Anspruch 1 ist es möglich, 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.
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.
Die Laserhaltevorrichtung kann z. B. eine mechanische Aufnahmeeinheit sein, die eine Fixierung eines Lasertyps mit guter thermischer Ankopplung gewährleistet.
Der Halbleiterlaser kann von verschiedenen Herstellern sein, wobei verschiedene mechanische und elektrische Aufbautypen vorhanden sind (C-mount, ST-mount).
Die Verbindung zwischen den Kontakten wird 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.
Am einfachsten wird eine derartige Anpassungsvorrichtung mit Hilfe von Platinenmaterial, wie sie bei elektrischen Schaltungen verwendet werden, hergestellt.
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.
Durch die Verwendung einer derartigen Anpassungsvorrichtung kann in vorteilhafter Weise mit einem einzelnen Lasergehäuse eine Vielzahl von möglichen Lasern benutzt werden.
Vorteilhaft ist daher ein Lasergehäuse, das über eine Laserhaltevorrichtung verfügt, die zur Aufnahme von verschiedenen Lasertypen geeignet ist.
Ein vorteilhaftes Lasergehäuse ist dadurch ausgezeichnet, dass die Laserhaltevorrichtung gegenüber dem Lasergehäuse starr angeordnet ist.
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.
Die Laserhaltevorrichtung ist hierbei vorteilhafterweise gegenüber dem Lasergehäuse ausreichend thermisch isoliert und so ausgestaltet, dass sich bei einer Ausdehnung eines zusätzlichen Kühlkörpers oder eines zusätzlichen thermoelektrischen Kühlelements die Position der Laserhaltevorrichtung gegenüber dem Lasergehäuse nicht verändert.
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.
Ausführungsformen der Erfindung sollen anhand der beiliegenden Figuren erläutert werden. Dabei zeigt:
1 eine Anpassungsvorrichtung von der Oberseite aus gesehen (1a) und von der Unterseite aus gesehen (1b),
2 einen Teil eines Lasergehäuses, einer Anpassungsvorrichtung sowie eine Laserhaltevorrichtung mit einem Laser in einer explosionszeichnungsartigen Darstellung,
3 eine schematische dreidimensionale Darstellung eines Teils eines Lasergehäuses,
4 eine schematische Schnittzeichnung eines Lasergehäuses.
In 1a ist 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.
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.
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.
Der Träger 8 weist zwei Durchgangsleiter 7 auf, die mit den elektrischen Leiterbahnen 5 elektrisch verbunden sind.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 ist die Anpassungsvorrichtung 1 stark beabstandet von dem Anschlussstück 13 dargestellt. Dies dient dazu, die Anschlusskontakte 14a, 14b sichtbar zu machen.
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.
Für die Beschreibung der Anpassungsvorrichtung 1 wird auf die Beschreibung der 1a und 1b verwiesen.
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).
In 2 ist somit ersichtlich, wie die elektrischen Anschlusskontakte 14a, 14b eines Lasergehäuses mittels der Anpassungsvorrichtung 1 elektrisch mit dem Laser 9 verbunden werden.
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 emittieren, da dann durch eine Änderung der Laserhaltevorrichtung der Strahl immer an ein und derselben Position bezüglich des Lasergehäuses angeordnet werden kann.
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.
Auf der in 3 dargestellten Oberseite der Laserhaltevorrichtung 10 können 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 eine 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.
Anstelle einer O-Ring-Dichtung 21 kann auch beispielsweise eine entsprechende Membran, wie beispielsweise eine Metallmembran oder ein Balg oder ähnliches vorgesehen sein.
Vorteilhafterweise kann das Kühlelement 20 und/oder das thermoelektrische Element 19 durch elastisches Material (Federn, Gummi o. ä.) gegenüber der Laserhalterung 10 vorgespannt sein.
Anstelle eines Kühlkörpers kann auch ein beispielsweise wassergekühlter Wärmetauscher vorgesehen sein.
Die elektrischen Versorgungsleitungen des thermoelektrischen Kühlelements 19 sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Lasergehäuse (23) mit elektrischen Anschlusskontakten (14a, 14b) in einer Kontaktgeometrie und einer austauschbaren Anpassungsvorrichtung (1), die aufweist: – erste Kontakte (3a, 3b) passend zu der Kontaktgeometrie der elektrischen Anschlusskontakte (14a, 14b) des Lasergehäuses, – zweite Kontakte (2a, 2b) passend zu den Kontakten (11a, 11b) eines Lasers (9) in einer vorgegebenen Kontaktgeometrie, die mit den ersten Kontakten (3a, 3b) verbunden sind, – ein elektrisches Anpassungsnetzwerk (4), das elektrisch zwischen den ersten und zweiten Kontakten (2a, 2b, 3a, 3b) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungswerk (4) lediglich passive Komponenten ohne zusätzliche Spannungsversorgung, wie z. B. Dioden, aufweist und dass das Lasergehäse (23) geschicht und evakuierbar ist.
Lasergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kontakte (3a, 3b) auf der Seite der Anpassungsvorrichtung (1) liegen, die den zweiten Kontakten (2a, 2b) gegenüber liegt.
Lasergehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten Kontakte (2a, 2b, 3a, 3b) Presskontakte und/oder Federkontakte und/oder Nadelkontakte und/oder Kontaktflächen und/oder elastische elektrische Leiter aufweisen.
Lasergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch, einen Träger (8) der Anpassungsvorrichtung, der die Kontakte (2a, 2b, 3a, 3b) aufweist wobei der Träger (8) bevorzugterweise Platinenmaterial, wie etwa Epoxidharz, Keramik, Hartpapier aufweist.
Lasergehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Kontakte (2a, 2b, 3a, 3b) wenigstens stückweise über Leiterbahnen (5) und/oder Draht und/oder Durchgangsleiter (7) durch den Träger (8) verbunden sind.
Lasergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungsnetzwerk (4) ohmsche und/oder induktive und/oder kapazitive Widerstände aufweist oder ausschließlich aus solchen besteht.
Lasergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Laserhaltevorrichtung (10) für den Laser (9), die bevorzugterweise eine Wärmesenke ist oder umfasst aufweist.
Lasergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusskontakte (14a, 14b) des Lasergehäuses (23) Presskontakte und/oder Federkontakte und/oder Nadelkontakte und/oder Kontaktflächen und/oder elastische elektrische Leiter sind oder aufweist.
Lasergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein thermoelektrisches Kühlelement (19) zum Kühlen des Lasers (9).
Lasergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Laserhaltevorrichtung (10) mit der Kaltseite des Kühlelements (19) verbunden ist.
Lasergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsvorrichtung (1) mit der Laserhaltevorrichtung (10) verbunden ist.
Lasergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Leistungsendstufe (24) zur elektrischen Ansteuerung und/oder Energieversorgung des Lasers (9).
Lasergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserhaltevorrichtung (10) elektrisch isolierend und/oder starr mit dem Lasergehäuse (18, 23) verbunden ist.
Lasergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen Kühlkörper (20), der vorzugsweise dem Lasergehäuse (23) gegenüber beweglich und/oder gasdicht angeordnet ist und/oder gegenüber dem Lasergehäuse (23) vorgespannt ist.
Lasergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 14 gekennzeichnet durch eine zusätzliche Optik (29) für den Laserstrahl (30) des Lasers (9) wie etwa einem Fenster, einer Linse, einem Spiegel oder einem Lichtwellenleiter.
Lasergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (9) einen Halbleiterlaserchip auf einem C-mount oder einem ST-mount aufweist.
Lasergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsvorrichtung (1) kleiner als 30 mm × 30 mm × 2 mm ist.