DE1639189B2 - Anregungseinrichtung für einen optischen Sender oder Verstärker (Laser) - Google Patents

Description

f ·.■;■■

3 4

bare langgestreckte zylindrische Entladungsblitz- Umfangsfläche der Entladungsblitzlampe entspricht lampe 16 enthält, wobei der Einbettungskörper 14 Um möglichst gute Wärmeleitfähigkeit zwischen der und die Entladungsbützlampe 16 im allgemeinen Entladungsblitzlampe und dem Einbettungskörper zu parallel zueinander Seite an Seite eag miteinander erzielen, kann eine geringe Menge der Flüssigkeit verbunden sind. Um die Außenseite des Einbettungs- 5 CF, CL zwischen die beiden Flächen gebracht werkörpers 14 und der Entladungsbützlampe 16 er- den", bevor sie zusammengedrückt werden. Danach streckt sich in zusammengebautem Zustand «ine er- kann die gesamte frei Hegende Verbindungsstelle ste Schicht 18 aus einem geeigneten metallischen zwischen diesen Teilen durch eine dünne Schicht aus Material von hohem Reflexionsgrad und von guter Epoxydharz o. ä. abgedichtet werden.
Wärmeleitfähigkeit, wie etwa Silber, und um diese io Während die oberen und unteren Außenflächen erste Schicht erstreckt sich eine zweite, merklich des Einbettungskörpers 22, wie man in Fig.2 sieht, schwerere Schicht 19 aus einem geeigneten metalli- im wesentlichen eben oder flach sind, wäre es auch sehen Material guter Wärmeleitfähigkeit, wie etwa möglich, diese oberen und unteren Außenflächen geKupfer o.a. wölbt auszuführen, so daß sie das von der Entla-

Aus F i g. 2 kann man leicht sehen, daß der Ein- 15 dungsblitzlampe erhaltene Licht fast direkt in Richbettungskörper 14 ein relativ dünnes, längliches stab- tung auf den Laserstab 20 reflektieren. In diesem oder faserähnliches Teil 20 enthält, das als stimulier- Zusammenhang ist es interessant zu bemerken, daß bares Medium aus einem geeigneten Laserglas herge- die Menge des für den Einbettungskörper 22 benöstellt ist und glatte Mantelflächen 21 aufweist. Rings tigten Glases zweckmäßigerweise so klein wie mögum diesen Stab 20 und über die ganze Länge dessel- ao lieh gehalten wird, weil dadurch die innerhalb der ben erstreckt sich eine Umkleidung 22 aus Glas einer Entladungsblitzlampe erzeugte Wärme während des anderen ausgewählten Sorte, die später im einzelnen Laserbetriebs schneller an die Außenteile der Anordnoch beschrieben wird. Das Laserglas, das z.B. aus nung gelangen und abgeleitet werden kann. Dies ist einem trivalenten Neodym-dotierten Bariumkronglas natürlich besonder wichtig, wenn die Entladungsoder aus einem Ytterbium-Neodym-dotierten Laser- as blitzlampe mit hohen Impulsraten betrieben wird,
glas oder aus einem Erbium-Ytter- Rings um die Außenfläche des Einbettungskörpers bium-Neodym-dotierten Laserglas bestehen kann, 22 und der in diesen eingebauten Entladungsblitzweist einen vorbestimmten Brechungsindex auf, und lampe verläuft die erste lichtreflektierende Schicht 18 das für die Umkleidung benutzte Glas, welches dicht in dichtanliegender Weise oder sogar in einem durch auf dem Laserglas aufliegen soll, wird dahingehend 30 Aufbringen im Vakuum bewirkten optischen Kontakt sorgfältig ausgewählt, daß es nicht nur im wesentli- mit dieser Außenfläche, so daß möglichst hohe Lichtchen denselben oder fast denselben Brechungsindex reflexion und Wärmeableitung erreicht werden. In wie das Laserglas aufweist, sondern auch im hoch- diesem Zusammenhang soll daran erinnert werden, sten Grad für die Wellenlänge der Anregungsstrah- daß der Laser um so wirksamer arbeiten wird, ie dilung des Laserglases transparent ist. Zusätzlich kann 35 rekter die optische Energie der Entladungsblitzlampe man das Glas für die Umkleidung, falls erwünscht, zu dem Laserstab geleitet werden kann, ohne zusätzso wählen, daß man eine günstige Absorptionscha- liehe Reflexionen an den Außenflächen des Grundrakteristik für optische Energie bei der Emissions- körpers zu erfahren, und je direkter die in der Entlawellenlänge des Laserglases erhält. Ferner sollte das dungsblitzlampe erzeugte Wärme zu den Außenteilen Einbettungsglas auch mit Rücksicht darauf ausge- 40 der Anordnung gebracht werden kann. Zusätzlich wählt werden, daß es mit dem Laserglas während wird die zweite schwerere metallische Schicht 19 mit sämtlicher Betriebszustände der Anordnung vertrag- guten Wärmeleiteigenschaften eng an der ersten lieh ist. Wenn Absorption optischer Energie von der Schicht anliegend aufgebracht werden.
Wellenlänge der Laseremission erwünscht ist, kann Eine sehr wirksame Anregung kann durch die das Einbettungsglas ein Samarium- oder Dysprosium- 45 vorliegende verbesserte Einrichtung erreicht werden, dotiertes Bariumkronglas sein, oder wenn eine derar- Falls jedoch ein Versagen der Entladungsblitzlampe tige Absorption nicht verlangt wird, kann das Ein- der in F i g. 2 gezeigten Anregungseinrichtung auftrebettungsglas aus undotiertem Bariumkronglas beste- ten sollte, wäre es lediglich notwendig, die erste und hen. zweite umgebende metallische Schicht von der An-

Das Einbettungsglas 22 umgibt den Laserstab 20 50 Ordnung abzutragen oder auf andere Weise zu entferüber dessen ganze Länge. Dicht benachbart zum nen und die abgedichtete Verbindungsstelle aufzu-Laserstab 20 ist, wie man in F i g. 2 und 3 sieht, eine brechen, um die Entladungsblitzlampe 16 zu entferkonkav gewölbte polierte Ausnehmung 24 vorgese- nen und durch eine andere zu ersetzen, und darauf hen, die sich ebenfalls über die ganze Länge des die erste und die zweite Schicht aufzubringen. Bei Grundkörpers 14 erstreckt und von solcher Größe 55 solchen Vorkommnissen wird die Qualität des Ein- und Form ist, daß sie in enganliegender Weise einen bettungskörper 14, der natürlich den kostbarsten Teil beträchtlichen Teil der Außenfläche der Entladungs- der Anordnung darstellt, in keiner Weise beschädigt blitzlampe 16 aufnehmen kann. Ferner soll darauf oder verändert werden, jedenfalls hinsichtlich der für hingewiesen werden, daß die äußere Umfangsfläche den Laserbetrieb maßgeblichen Eigenschaften.
24 α des EinbcUungskörpers 22 in der Nähe der Aus- 60 Anstatt derartige Reparaturen vorzunehmen, nehmung 24 sorgfältig daraufhin bemessen wird, daß wäre es auch möglich, falls erwünscht, die erste und sie sich ein wesentliches Stück um den Umfang der die zweite Metallschicht mit in Längsrichtung verlau-Entladungsblitzlampe erstreckt und fast tangential zu fenden Flanschen o. ä. zu versehen, wie z. B. bei 19 a diesem verläuft, wenn die Teile zusammengebaut und 19b in Fig.6 gezeigt wird, und durch eine gesind. Wie man in F i g. 2 sieht, ist z. B. die Umklei- 55 eignete Klammer, wie z. B. durch C-förmige Längsdung in solchem Maße mit der Entladungsblitzlampe klammern 30, diese Flansche lösbar zu befestigen,
in Berührung, daß die Berührungsfläche einer Fläche Das einheitliche Teil 14, das aus Laserstab 20 und zwischen einem Drittel und der Hälfte der gesamten dem diesen umkleidenden Einbettungskörper 22 be-

5 6

steht und das mit der Ausnehmung 24 versehen ist, ausgewählten Entladungsblitzlampe innerhalb der kann durch das folgende Verfahren hergestellt wer- teilweise zylindrischen Längsausnchmung 24 aufzuden. Zuerst wird ein geeigneter Block aus Glas ausge- nehmen. Die gesamte ausgezogene Anordnung einwählt, aus dem letztlich der Einbettungskörper 22 schließlich des in die Länge gezogenen Laserstabs 20 gebildet wird, wie etwa durch 26 in Fig.4 gezeigt S wird dann auf eine geeignete Länge zurechtgeschnitwird, und dieser wird der Länge nach mit einem Paar ten, und die Enden werden dann genau auf die vorparalleler Bohrungen 28 und 29 versehen, die einen bestimmte Form und Winkelstruktur geschliffen und passenden Abstand voneinander haben und zueinan- poliert. Falls erwünscht, können die Enden versilbert der passende Durchmesser aufweisen. Die Bohrun- werden, um einen optischen Resonator zu bilden,
gen 28 und 29 werden dann sorgfältig geschliffen j ο Danach wird die Anordnung zusammengesetzt, in- und poliert, bis sich optisch einwandfreie Oberflä- dem die Entladungsblitzlampe seitlich in die so gechen ergeben. Dieser Glasblock wird dann durch die formte Längsausnehmung 24 eingeführt wird, wobei Mitte der größeren Bohrung durchschnitten, wobei die zusammengebauten Teile durch Umwickeln oder die größere Bohrung später das Blitzlichtrohr auf- auf andere Weise mit den hochreflektiven äußeren nehmen soll; dieser Schnitt wird im rechten Winkel 15 ersten und zweiten Schichten aus metallischem Matezu einer Mittelcbcne ausgeführt, welche durch den rial versehen werden. Wie vorher erwähnt, ist es vor-Block hindurchgeht und die Achsen beider Bohrun- zugsweise so, daß die Entladunsgblitzlampe 16 aus gen enthält. einem hochsilikatigen Borsüikatglas hergestellt wird,

Die Kantenteile in der Nähe dieser teilweise zylin- obwohl solche aus anderen Gläsern oder sogar drischen Schnittfläche werden dann abgeschliffen, ao soiche aus Quarzglas benutzt werden könnten,
wie durch die Linien 32 und 33 angedeutet ist, bis Wie schon früher festgestellt, kann eine abgewander verbleibende Teil des Blockes eine halbkreisför- delte Anordnung, die die hier beschriebene Anremige Ausnehmung umschließt, welche, wie in Fig.4 gungseinrichtung 10 enthält, geschaffen werden, ingezeigt wird, in ein Paar von keilförmigen Kanten dem man, wie in F i g. 5 gezeigt wird, ein Gehäuse 24 α und 24 b ausläuft. Der Block 26 wird dann wei- 35 35 um die Laseranordnung anordnet, wobei dieses ter abgeschliffen, bis alle übrigen Kantenteile des Gehäuse ein Paar von Endflächen enthält, von denen Blocks entfernt sind und eine äußere Form erreicht nur eine bei 37 gezeigt ist und die jede eine öffnung ist, die etwa der durch die gestrichelten Linien 31, 32 39 zur Aufnahme der durch diese öffnung hindurch- und 33 angedeuteten entspricht. verlaufenden Entladungsblitzlampe 16 sowie eine

Der solchermaßen geformte Block wird dann an 30 zweite öffnung 41 aufweisen, die mit einem optisch seinem einen Ende einer Erhitzung und einem Aus- ebenen Fenster 43 versehen ist, das mit dem Laserziehvorgang in wohlbekannter Weise unterworfen, stab 21 der Anordnung ausgerichtet ist Eine geeigwobei das eine Ende so lange gezogen wird, bis ein nete Kühlflüssigkeit 43 kann innerhalb des Gehäuses längliches Teil (nicht gezeigt) mit geeigneten Abmes- 35 enthalten sein und die Anordnung vollständig umsungen der Durchmesser entsteht. Dieser Auszieh- 35 geben, um die Wärme von dieser schneller abzuleivorgang erzeugt eine Hitzepolierung aller freiliegen- ten, als möglich wäre, wenn die Anordnung 10 nur den Oberflächen des sich ergebenden Glasteils. Die von Luft umgeben würde. Solche Kühlung kann z. B. gewünschten Durchmesser werden natürlich so sein, dann sehr wichtig sein, wenn ein intermittierender daß der Durchmesser der kreisförmigen Bohrung schnell aufeinanderfolgender Pulsbetrieb oder wenn dem zur Benutzung vorgesehenen Laserstab ange- 40 ein kontinuierlicher Laserbetrieb durchgeführt wird, paßt ist Der Laserstab wird dann in diese Bohrung Es wäre auch möglich, ein Paar Zuleitungen 45 und eingesetzt und die so gebildete Anordnung weiter bis 47 in den Wänden des Gehäuses 35 vorzusehen, so zu einer Größe ausgezogen, die gerade ausreichend daß die Kühlflüssigkeit während des Laserbetriebs ist, um die Außenfläche der jeweils zur Benutzung durch das Gehäuse strömen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 dex eingebettet ist und das sich in der Nachbarschaft Patentansprüche: von ebenfalls stabfonnigen, dazu parallelen Anre- gangslichtquellen befindet

1. Optischer Sender oder Verstärker mit einer Es fet ferner ein optischer Sender bekannt (deut-Anregungseinrichtung, bei der ein dünnes stab- 5 sehe Auslegeschrift 1158171), der aus einem das stiförmiges, in ein optisches Medium mit ungefähr mulierbare Medium darstellenden zylindrischen Krigleichem Brechungsindex eingebettetes, stimu- stall besteht, welcher eine axiai verlaufende kreiszylierbares Medium zusammen mit der dazu paral- lindrische Höhlung aufweist, in der eine Anregungsielen als Anregungslichtquelle dienenden Entla- lichtquelle angeordnet ist Der Raum zwischen der dungslampe von einem zylindrischen Hohlspiegel io Anregungsüchtquelle und dem Kristall kann mit eng umschlossen ist, dadurch gekenn- eine dem Brechungsindex des Kristalls angepaßten zeichnet, daß das Einbettungsmaterial (2Z) optischen Adaptationsflüssigkeit gefüllt sein.

in unmittelbarer Nachbarschaft zum eingebette- Ferner ist es bekannt (deutsche Auslegeschrift

ten stimulierbaren Medium (20) eine fcreiszyün- 1162479), das stabförmige stimulierbare Medium drische Mulde (24) aufweist, die den Mantel (16) 15 und die Anregungsliebtquelle parallel zueinander der Entladungslampe in optischem Kontakt auf- and in Berührung miteinander anzuordnen und sie nimmt, und daß auf der vom stimulierbaren Me- durch einen Reflektor einzuschließen,
dium abgewandten Seite der Reflektor (18) in Gemäß einem älteren Vorschlag der Anmelderin

entfernbarer Weise unmittelbar an der Entla- (deutsche Offenlegungsschrift 1 589 438, offengelegt dungslampe (16) anliegt 20 am 8.10.1970) sind das stabförmige stimulierbare

2. Anregungseinrichtung nach Anspruch 1, da- Medium und die Anregungsüchtquelle parallel Tueindurch gekennzeichnet, daß die kreiszylindrische ander und im Abstand voneinander in ein aus Glas Mulde (24) das Entladungsrohr (16) von 120 bis bestehendes optisches Medium eingebettet Zur Ver-180° umfaßt größerung des Wirkungsgrades ist das optische Glas-

3. Anregungseinrichtung nach Anspruch 1 25 medium von einer reflektierenden und einer gut wär- oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbet- meleitenden Schicht umgeben. Bei dieser Anordnung tungsmaterial (22) aus einem Glas besteht, wel- wird eine gute optische Kopplung zwischen Anreches für die Wellenlänge der Anregungsstrahlung gungslichtquelle und stimulierbarem Medium erreicht, in hohem Maße durchlässig ist, Ue Wellenlänge Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen der kohärenten Strahlung dagegen in hohem 30 Sender oder Verstärker der eingangs genannten Art Maße absorbiert. mit guter optischer Kopplung zwischen Anregungs-

4. Anregungseinrichtung nach einem der An- lichtquelle und Laserstab zu schaffen, bei der sich Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Anregungslichtquelle ohne Schwierigkeiten ausvon dem Reflektor (18) umschlossene Anre- tauschen läßt.

gungseinrichtung in einem Außengehäuse (35) 35 Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung daangeordnet ist, das von einer Kühlflüssigkeit (43) durch gelöst, daß das Einbettungsmaterial in unmitdurchströmt ist, die durch die Leitungen (45,47) telbarer Nachbarschaft zum eingebetteten stimulierzu- und abfließt. baren Medium eine kreiszylindrische Mulde aufweist,

5. Anregungseinrichtung nach einem der An- die den Mantel der Entladungslampe in optischem Sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der 40 Kontakt aufnimmt, und daß auf der vom stimulierba-Mantel (16) der Entladungslampe aus einem Bor- ren Medium abgewandten Seite der Reflektor in entsilikatglas mit hohem Kieselsäuregehalt besteht. fernbarer Weise unmittelbar an der Entladungslampe

6. Anregungseinrichtung nach einem der An- anliegt.

Sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines

der Außenfläche des Reflektors (18) in Beruh- 45 Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den

rungskontakt mit diesem eine gut wärmeleitende beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Schicht (19) angeordnet ist. F i g. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemä-

7. Anregungseinrichtung nach Anspruch 6, da- Ben Anregungseinrichtung, wobei ein Teil derselben durch gekennzeichnet, daß die gut wärmeleitende herausgebrochen ist, um Einzelheiten freizulegen,
Schicht (19) entlang einer Mantellinie (19 a, 19 ft) 50 F i g. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht entauftrennbar ist. lang der Linie 2-2 von Fi g. 1, und zwar in Richtung

der Pfeile,

F i g. 3 eine Querschnittsansicht eines Einbettungskörpers, wie er bei der erfindungsgemäßen An-55 regungseinrichtung benutzt werden kann,

Fig.4 eine perspektivische Ansicht eines Einbet-

Die Erfindung betrifft einen optischen Sender tungskörpers, die einen blockähnlichen Glasteil zeigt, oder Verstärker mit einer Anregungseinrichtung, bei F i g. 5 eine teilweise Ansicht des Endteils einer

der ein dünnes stabförmiges, in ein optisches Me- abgewandelten erfindungsgemäßen Ausführungsdiutn mit ungefähr gleichem Brechungsindex einge- 60 form, wobei gewisse Teile im Querschnitt dargestellt bettetes, stimulierbares Medium zusammen mit der sind, und

dazu parallelen, als Anregungslichtquelle dienenden Fig.6 einen teilweisen Querschnitt durch eine

Entladungslampe von einem zylindrischen Hohlspie- abgewandelte Ausführungsform,
gel eng umschlossen ist. In den Zeichnungen, und zwar insbesondere in

Es ist bereits ein optischer Sender für kohärentes 65 den Fig. 1 und2, wird mit dem Bezugszeichen 10 Licht bekannt (deutsche Auslegeschrift 1295 109), allgemein eine Laseranregungseinrichtung bezeichdessen stabförmiges stimulierbares Medium in einem net, die einen relativ dünnen, langgestreckten einheitoptischen Medium von abweichendem Breckungsin- liehen Einbettungskörper 14 und eine auswechsel-