DE1564757C3

DE1564757C3 - Cooling arrangement for an optical transmitter (laser)

Info

Publication number: DE1564757C3
Application number: DE19661564757
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Ludwig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-11-15
Filing date: 1966-11-15
Publication date: 1974-04-04
Also published as: DE1564757B2; DE1564757A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanordnung für einen optischen Sender (Laser) mit einem stabförmigen stimulierbaren Medium und einer dazu parallelen, ebenfalls stabförmigen Anregungslichtquelle, die beide innerhalb eines elliptischen Zylinderspiegels, der durch ebene Stirnflächen abgeschlossen ist und der Anregung dient, angeordnet sind und jeweils von einem der Fortleitung eines Kühlmittels dienenden Kühlrohr umschlossen sind.The invention relates to a cooling arrangement for an optical transmitter (laser) with a rod-shaped stimulable medium and a parallel rod-shaped excitation light source, both within an elliptical cylinder mirror, which is completed by flat end faces is and serves the excitation, are arranged and each of one of the forwarding of a Coolant serving cooling tube are enclosed.

Optische Sender der genannten Art dienen der Erzeugung bzw. Verstärkung kohärenter Strahlung. Das stimulierbare Medium wird bis zur Inversion seiner verschiedenen Energieniveaus durch eine Lichtquelle angeregt. Um eine stimulierte Emission zu erreichen, ist das stimulierbare Medium, beispielsweise ein Rubinstab, in der Regel innerhalb eines optischen Resonators angeordnet. Die Auskopplung der angeregten Strahlung geschieht dadurch, daß einer der beiden den optischen Resonator bildenden Spiegel teildurchlässig ausgebildet ist.Optical transmitters of the type mentioned are used to generate or amplify coherent radiation. The The stimulable medium is made up of the inversion of its various energy levels by a light source stimulated. To achieve a stimulated emission, the stimulable medium, for example a ruby stick, is usually arranged within an optical resonator. The decoupling of the excited Radiation occurs because one of the two mirrors forming the optical resonator is partially transparent is trained.

Der Wirkungsgrad der Gesamtanordnung ist schlecht und beträgt im allgemeinen weniger als 1 %. Dies bewirkt eine starke Erhitzung des Spiegelsystems, der Anregungslichtquelle und des stimulierbaren Mediums, die dadurch unter Umständen zerstört werden. Um dieser Zerstörung vorzubeugen, muß der optische Sender gekühlt werden. Dabei wird einerseits das äußere Spiegelsystem durch eine Anordnung gekühlt, die die Wärme durch Strahlung oder Konvektion abführt, während andererseits die Anregungslichtquelle und das stimulierbare Medium vielfach in einem Flüssigkeitskühlkreislauf angeordnet sind. Allgemein ist darauf zu achten, daß durch die entsprechende Kühlanordnung die optischen Eigenschaften des Spiegelsystems nicht wesentlichThe efficiency of the overall arrangement is poor and is generally less than 1%. This causes a strong heating of the mirror system, the excitation light source and the stimulable Medium that may be destroyed as a result. To prevent this destruction, must the optical transmitter must be cooled. On the one hand, the outer mirror system is provided by an arrangement cooled, which dissipates the heat by radiation or convection, while on the other hand the excitation light source and the stimulable medium is arranged multiple times in a liquid cooling circuit are. In general, care must be taken that the appropriate cooling arrangement ensures that the optical Properties of the mirror system are not essential

ίο beeinträchtigt werden.ίο be affected.

Wird von einem zylinderelliptischen Spiegelsystem Gebrauch gemacht, dann kann, wie das bei einer bekannten Ausführungsform der Fall ist, das stabförmige stimulierbare Medium und die stabförmige Anregungslichtquelle, die dabei in den Brennlinien des zylinderelliptischen Spiegelsystems angeordnet sind, jeweils von einem kühlmitteldurchströmten Kühlrohr umgeben sein. Die Kühlung des Spiegelsystems erfolgt dabei über am Umfang angebrachte Kühlrippen durch Konvektion. Dabei treten Schwierigkeiten hinsichtlich einer ausreichenden Kühlung der das zylinderelliptische Hohlspiegelsystem auf beiden Seiten abschließenden, ebenfalls Spiegel darstellenden Stirnplatten auf. Diese Schwierigkeiten sind dadurch be- gründet, daß die stirnseitigen Abschlüsse für die Durchführung bzw. Halterung des stimulierbaren Mediums und der stabförmigen Anregungslichtquelle herangezogen werden müssen, wobei zu berücksichtigen ist, daß im Bedarfsfalle sowohl das stimulierbare Medium als auch die Anregungslichtquelle leicht ausgetauscht werden können.If use is made of a cylinder-elliptical mirror system, as is the case with a known mirror system Embodiment is the case, the rod-shaped stimulable medium and the rod-shaped excitation light source, which are arranged in the focal lines of the cylindrical elliptical mirror system, be surrounded by a cooling tube through which coolant flows. The mirror system is cooled by means of convection cooling fins attached to the circumference. Difficulties arise with regard to Sufficient cooling of the elliptical cylinder concave mirror system on both sides final, also mirror representing end plates. These difficulties are establishes that the frontal terminations for the implementation or holding of the stimulable Medium and the rod-shaped excitation light source must be used, taking into account is that, if necessary, both the stimulable medium and the excitation light source are light can be exchanged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Kühlanordnung bei einem von einer zylinderelliptischen Spiegelanordnung Gebrauch machenden optischen Sender relativ hoher Leistung eine weitere Lösung anzugeben, die die geschilderten Schwierigkeiten mit einfachen Mitteln überwindet.The invention is based on the object for a cooling arrangement in one of a cylindrical elliptical Mirror assemblies making use of relatively high power optical transmitters are another Specify solution that overcomes the difficulties described with simple means.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Kühlung des stimulierbaren Mediums, der Anregungslichtquelle und der stirnseitigen Spiegelabschlußflächen des elliptischen Zylinderspiegels, in einem einzigen Kühlkreislauf erstens die wenigstens der Halterung des stimulierbaren Mediums und der Anregungslichtquelle dienenden, in den Kühlkreislauf einbezogenen stirnseitigen Flanschteile Kammern aufweisen, in die die Kühlrohre einmünden, und zwar beim bezüglich der Kühlmittelzufuhr rückwärtigen Flanschteil in eine, beiden Kühlrohren gemeinsame Umkehrkammer und beim vorderen Flanschteil in je eine von zwei benachbarten Kammern, daß zweitens das vordere Flanschteil zwei der Kühlmittelzufuhr und -abfuhr dienende, jeweils mit einer der benachbarten Kammern in Verbindung stehende Anschlußstutzen hat und daß drittens sowohl die Umkehrkammer im rückwärtigen Flanschteil als auch die beiden benachbarten Kammern im vorderen Flanschteil gegen den elliptischen Zylinderspiegel hin Begrenzungsflächen aufweisen, die wenigstens den größeren Teil seiner stirnseitigen Spiegelabschlußflächen einnehmen.This object is achieved according to the invention in that for cooling the stimulable medium, the excitation light source and the end face mirror end surfaces of the elliptical cylinder mirror, in a single cooling circuit, firstly, the at least one holder of the stimulable medium and The end face flange parts serving the excitation light source and included in the cooling circuit Have chambers into which the cooling tubes open, namely with respect to the coolant supply rear flange part in a reversing chamber common to both cooling tubes and at the front Flange part in each of two adjacent chambers that, second, the front flange part two of the Coolant supply and discharge serving, each connected to one of the adjacent chambers Has connection piece and that thirdly both the reversal chamber in the rear flange part as also the two adjacent chambers in the front flange part towards the elliptical cylinder mirror Have boundary surfaces at least the greater part of its end-face mirror end surfaces take in.

Für optische Sender, die mit einem rotationselliptischen Spiegelsystem ausgerüstet sind, ist es zwar bereits bekannt, das stimulierbare Medium und die Anregungslichtquelle innerhalb eines ihnen gemeinsamen Kühlmittelkreislaufs anzuordnen. Die Konstruktion und Gegebenheiten bei einem solchen optischen Sender sind jedoch sehr verschieden von denen eines optischen Senders mit einem elliptischen Zylinder-For optical transmitters that are equipped with a rotationally elliptical mirror system, it is already known, the stimulable medium and the excitation light source within one of them common To arrange coolant circuit. The construction and conditions in such an optical However, transmitters are very different from those of an optical transmitter with an elliptical cylinder

spiegel. Das wird schon daraus erkennbar, daß bei der bekannten Anordnung das stimulierbare Medium und die Anregungslichtquelle in Achsrichtung hintereinander angebracht sind.mirror. This can already be seen from the fact that in the known arrangement the stimulable medium and the excitation light source are mounted one behind the other in the axial direction.

Durch die Maßnahmen nach der Erfindung werden die Kammern in den Flanschteilen in vorteilhafter Weise für eine zusätzliche Kühlung der stirnseitigen Abschlüsse des Zylinderspiegels mit ausgenutzt.The measures according to the invention make the chambers in the flange parts more advantageous Way for an additional cooling of the frontal terminations of the cylinder mirror with exploited.

An Hand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, soll im folgenden die Erfindung noch näher erläutert werden.Using an exemplary embodiment that is shown in the drawing, the invention is intended in the following will be explained in more detail.

Die Figur zeigt einen optischen Sender (Laser) teilweise im Schnitt mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem. Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich der elliptische Zylinderspiegel 1', der an seinen beiden Stirnseiten von jeweils einer Stirnplatte 5 bzw. 5' abgeschlossen ist. Die beiden Stirnplatten 5 bzw. 5' sind mit Öffnungen 5 a, 5a' versehen, die zur Durchführung der Anregungslichtquelle 2 und des stimulierbaren Mediums 3 dienen. Die Anregungslichtquelle 2 und das stimulierbare Medium 3 sind jeweils längs einer Brennlinie des Zylinderspiegels Γ angeordnet und jeweils von einem Kühlrohr 4 bzw. 4' umgeben. Die Kühlrohre 4 und 4' sind an ihren Enden in ringnutförmigen, mit Dichtungen versehenen Aussparungen 5b, 5 b' in den Stirnplatten 5 und 5' gehaltert. Auf die Stirnplatten 5 und 5' sind die Flanschteile 9 und 9' von außen aufgesetzt. Hierbei dient das Flanschteil 9' der Halterung der Anregungslichtquelle 2 und das Flanschteil 9 der Halterung des stabförmigen stimulierbaren Mediums 3. Auf Seiten der Stirnplatte 5' münden die beiden durch die Kühlrohre 4 und 4' geschaffenen Kühlkanäle um die Anregungslichtquelle 2 bzw. das stimulierbare Medium 3 in eine ihnen geneinsame Kammer 6 des Flanschteils 9. Auf Seiten der Stirnplatte 5 mündet dagegen jeder Kühlkanal jeweils in eine fürThe figure shows an optical transmitter (laser) partially in section with the cooling system according to the invention. Inside the housing 1 there is the elliptical cylinder mirror 1 ', which is closed on its two end faces by a respective end plate 5 or 5'. The two end plates 5 and 5 ′ are provided with openings 5 a, 5 a ′ , which serve to pass through the excitation light source 2 and the stimulable medium 3. The excitation light source 2 and the stimulable medium 3 are each arranged along a focal line of the cylinder mirror Γ and each surrounded by a cooling tube 4 or 4 '. The cooling tubes 4 and 4 'are held at their ends in annular groove-shaped recesses 5b, 5b' provided with seals in the end plates 5 and 5 '. The flange parts 9 and 9 'are placed from the outside onto the end plates 5 and 5'. Here, the flange part 9 'is used to hold the excitation light source 2 and the flange part 9 to hold the rod-shaped stimulable medium 3. On the side of the face plate 5', the two cooling channels created by the cooling tubes 4 and 4 'open around the excitation light source 2 or the stimulable medium 3 in a common chamber 6 of the flange part 9. On the side of the face plate 5, however, each cooling channel opens into one for

ίο ihn bestimmte Kammer 7'bzw. 8 des Flanschteils 9, wobei die Kühlkammer 7 mit einem Anschlußstutzen 10 und die Kühlkammer 8 mit einem Anschlußstutzen 11 in Verbindung steht.ίο chamber 7 'or 8 of the flange part 9, the cooling chamber 7 with a connection piece 10 and the cooling chamber 8 with a connection piece 11 communicates.

Durch den Anschlußstutzen 10 wird ein Kühlmittel in Pfeilrichtung in die Kammer 7 gepumpt, von wo es durch die öffnung 5a der Stirnplatte 5 den vom Kühlrohr 4' gebildeten Kühlkanal und öffnung 5b' in der Stirnplatte 5' zur Kammer 6 fließt. Von dieser Kammer 6 aus fließt das Kühlmittel inA coolant is pumped through the connecting piece 10 in the direction of the arrow into the chamber 7, from where it flows through the opening 5a of the end plate 5, the cooling channel formed by the cooling pipe 4 'and the opening 5b' in the end plate 5 'to the chamber 6. From this chamber 6, the coolant flows into

ao der angegebenen Pfeilrichtung in entgegengesetzter Richtung durch den aus dem Kühlrohr 4 gebildeten Kühlkanal in die Kammer 8 im Flanschteil 9 zurück, um von hier aus über den Anschlußstutzen 11 auszutreten. ao the direction of the arrow in the opposite direction Direction back through the cooling channel formed from the cooling pipe 4 into the chamber 8 in the flange part 9, in order to exit from here via the connecting piece 11.

Besonders bleibt noch zu bemerken, daß bei dem Kühlsystem nach der Erfindung das Kühlmittel in Flußrichtung über das stimulierbare Medium zur Anregungslichtquelle gelangt.In particular, it remains to be noted that in the cooling system according to the invention, the coolant in Direction of flow over the stimulable medium to the excitation light source got.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Cooling arrangement for an optical transmitter (laser) with a rod-shaped stimulable Medium and a parallel rod-shaped excitation light source, both within an elliptical cylinder mirror, which is closed by flat end faces and serves for the excitation, are arranged and each used by one of the forwarding of a coolant Cooling tube are enclosed, thereby characterized in that for cooling the stimulable Medium (3), the excitation light source (2) and the end mirror surfaces (5, 5 ') of the elliptical cylinder mirror (Γ) in a single cooling circuit firstly the at least serving to hold the stimulable medium and the excitation light source, front flange parts (9, 9 ') included in the cooling circuit have chambers (6, 7, 8), into which the cooling tubes (4, 4 ') open, namely when the coolant supply is rearward Flange part (9 ') in a reversing chamber (6) common to both cooling tubes and at the front Flange part (9) in each of two adjacent chambers (7, 8), that second, the front Flange part (9) two coolant supply and discharge serving, each with one of the adjacent ones Chambers (7, 8) communicating connecting pieces (10, II) and that thirdly both the reversal chamber (6) in the rear flange part (9 ') as well as the two adjacent ones Chambers (7, 8) in the front flange part (9) against the elliptical cylinder mirror delimiting surfaces have at least the greater part of its end-face mirror end surfaces (5, 5 ') take.