DE19643531A1 - Festkörperlaser - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Festkörperlaser mit einem gefaßten Kristall als aktives
lasendes Medium und/oder mit einem gefaßten nichtlinearen Kristall, z. B. einem
frequenzverdoppelnden Kristall.
Speziell bei Festkörperlasern ist für die einwandfreie Funktion wichtig, den Laserkristall
stets spannungsfrei zu fassen und Effekten, wie Spannungsdoppelbrechung oder
Kristallbrüchen, zuvor zu kommen. Auch müssen diese Kristallhalterungen gegenüber
thermischen Ausdehnungen eine hohe Flexibilität und Stabilität besitzen.
Dejustierungen des Laserkristalls sollen weitestgehend ausgeschlossen werden.
In der DE 35 22 443 A1 ist ein Festkörperlaser oder Festkörperlaserverstärker mit einem
Slab als aktives Medium beschrieben und dargestellt, bei welchem der Slab in einem,
eine gasdichte Kammer bildenden Halter mittels U- Profilen und elastischen Bändern
spannungsfrei befestigt ist, so daß eine Gas-Flüssigkeitskühlung des Slab- Laserkopfes
ermöglicht wird. Der Halter besteht aus einem Rahmen mit zwei Stegen, zwei
Strahlröhren, zwei Eintrittsfenstern und zwei optischen Seitenfenstern. Die ganze
Einrichtung ist relativ aufwendig im Aufbau, da viele Bauteile vorgesehen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine weitestgehend
spannungsfreie, flexible und gleichzeitig stabile Fassung oder Halterung für einen
Laserkristall und/oder für nichtlineare Kristalle für Festkörperlaser zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Festkörperlaser mit einem in einer
Halterung gefaßten Laserkristall mit den im ersten Anspruch vorgesehenen Mitteln
gelöst. In den weiteren Ansprüchen sind weitere Ausführungen der Erfindung und/oder
Einzelheiten dazu dargelegt.
So ist es vorteilhaft, wenn als Ausweichraum in der Wand des Hohlraums mindestens
eine Nut oder Rille eingearbeitet ist, in welche der fließfähige Werkstoff im Bedarfsfalle
hineinfließen kann. Anstelle von Rillen bzw. Nuten können auch Vertiefungen in der
Wand des Hohlraumes vorgesehen sein. Der Hohlraum ist fertigungstechnisch mit
geringem Aufwand herstellbar, wenn er als Bohrung ausgeführt ist. Gleiches trifft auch
zu, wenn die Nuten oder Rillen nach Art eines ein- oder mehrgängigen Gewindes oder
nach Art des Verlaufes der Züge in einem Gewehrlauf mit entsprechender Steigung
verlaufen, wobei das Profil oder der Querschnitt dieser Rillen oder Nuten bogenförmig
oder durch einen Polygonzug umgrenzt ist,wobei hier an drei-, vier- oder mehreckige
oder kreisbogenförmige Querschnitte gedacht ist. Die Steigung dieser gewindeartig
verlaufenden Rillen oder Nuten kann in weiten Grenzen zwischen 0° und 90° variiert
werden. So können auch die Rillen oder Nuten wie Einstiche mit den genannten Profilen
ausgeführt sein. Bei diesen Ausführungen beträgt dann die Steigung 0°.
Eine gleiche Wirkung in Bezug auf eine sichere Halterung eines stab- oder
plattenförmigen Laser- oder nichtlinearen Kristalls wird erreicht, wenn mehrere
parallele Nuten oder Rillen vorgesehen sind, die parallel zur Mittelachse der Bohrung
verlaufen, wobei auch hier bogenförmig oder durch einen Polygonzug begrenzte Profile
verwendet werden. Im übrigen können günstigerweise alle gängigen Gewindeprofile,
die in der Technik vorkommen, als Querschnittsprofile für die Nuten oder Rillen
verwendet werden. Desgleichen sind verschieden gestaltete Vertiefungen denkbar, so z. B.
Kugelkalotten, Pyramidenstümpfe oder auch quaderförmige oder würfelförmige
Eindrücke in der Wand der Bohrung.
Eine andere Möglichkeit, die gestellte Aufgabe zu lösen, ergibt sich, wenn die Schicht
oder Folie, die den jeweils verwendeten Kristall umgibt, an der dem Kristall
abgewandten Fläche mit einer Struktur versehen ist und mit dieser Fläche an der Wand
der Bohrung an liegt. Vorteilhaft sind auch in dieser Schicht oder Folie an der der
Bohrungswand benachbarten Fläche Rillen, Vertiefungen oder Erhebungen vorgesehen.
Eine leichte Montage ergibt sich dadurch, daß die Halterung aus mindestens zwei Teilen
zusammengesetzt ist und mit einem Hohlraum zur Aufnahme des Kristalls versehen ist.
Als fließfähiger Werkstoff für die Schicht oder Folie, die auch vorteilhafterweise gute
wärmeleitende Eigenschaften besitzen soll, ist Indium vorgesehen, wobei auch ein
anderes weiches Metall oder ein anderer fließfähiger Werkstoff zum Einsatz kommen
kann, wenn diese Werkstoffe und Materialien zur Lösung der Aufgabe beitragen
können.
Es ist vorteilhaft, wenn der Hohlraum einen dem Laserkristall angepaßten Querschnitt
besitzt.
Die Fassung oder Halterung ist vorteilhaft anwendbar für lasende und nichtlineare
Kristalle, die in Festkörperlasern Anwendung finden. Als lasende Kristalle sind unter
anderem Nd:YAG -Kristalle und als nichtlineare Kristalle an sich bekannte KTP-Kristalle
(Kaliumtitanylphosphat) vorgesehen.
Vorteilhaft ist ferner, wenn bei Verwendung eines gefaßten Kristalls mit in
verschiedenen Richtungen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
der Ausweichraum in diesen Richtungen unterschiedliche Formen und/oder
Abmessungen besitzt.
Die gestellte Aufgabe kann auch, wenn auch mit einem zusätzlichen Element, bei einem
Festkörperlaser mit mindestens einem gefaßten Kristall gelöst werden, in dem der
Kristall in einer Halterung angeordnet ist, wobei dieser Kristall an seinem Umfang mit
einer Schicht oder Folie aus fließfähigem Material belegt ist. Diese Halterung hat
ebenfalls einen Hohlraum, wobei zum Ausgleich des durch thermische Ausdehnung und
durch Fertigungstoleranzen bedingten, variablen Volumens des Kristalls zwischen der
Innenwand des Hohlraums und der Außenfläche der Schicht eine gewindefederförmige
oder netzartige Hülse angeordnet ist.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des gefaßten Laserkristalls,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Halterung für einen Kristall mit Kreisquerschnitt,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Halterung für einen Kristall mit Quadratquerschnitt,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Halterung mit gewindeähnlichen Rillen und Nuten,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Halterung mit verschiedenen Einstichen,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Halterung mit zur Mittelachse parallelen Nuten,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine Halterung mit Vertiefungen und
Fig. 8 einen Querschnitt durch eine Halterung mit profilierter Schicht oder Folie und
Fig. 9 einen Querschnitt durch eine Halterung mit Hülse.
In der perspektivischen Darstellung nach Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Halterung 1
mit einem darin befindlichen Hohlraum 2, der als Bohrung ausgeführt ist, gezeigt,
wobei in der Wand des Hohlraums 2 Rillen 3 oder Nuten eingearbeitet sind. Von dem
Hohlkörper 1 ist nur die eine Hälfte dargestellt, um die Lage eines darin angeordneten
stabförmigen nichtlinearen Kristalls oder stabförmigen Laserkristalls mit auf seiner
Oberfläche aufgebrachter Schicht 5 oder Folie aus fließfähigem Werkstoff zeigen zu
können. Im folgenden Text wird der Einfachheit halber nur von einem Kristall 4
gesprochen. Es ist darunter jedoch auch ein nichtlinearer Kristall und/oder ein lasender
Kristall zu verstehen, wie er u. a. zur Frequenzverdoppelung bei Festkörperlasern
verwendet wird. Bei dieser Ausführung der Schicht 5, welche an der der Wand des
Hohlraums 2 zugewandten Seite keine Struktur besitzt, liegt die Schicht 5 an den nach
Innen in den Hohlraum hineinragenden Erhebungen der Rillen 3 an. So ist zum
Ausgleich temperaturbedingter oder durch Fertigungstoleranzen bedingter
Abweichungen des Durchmessers des Kristalls 4 durch die Rille 3 ein Ausweichraum
geschaffen, in den der Werkstoff, aus dem die Schicht 5 besteht, abfließen und damit
ausweichen kann. Diese Schicht 5 besteht vorteilhaft aus Indium oder einem anderen
geeigneten Material, z. B. einem anderen weichen Werkstoff, der eine gewünschte
Fließfähigkeit und vorteilhaft auch eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, wobei die
Wärmeleitfähigkeit nicht unbedingte Notwendigkeit für die Lösung der gestellten
Aufgabe ist.
In dem in Fig. 2 dargestellten Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Festkörperlaser mit gefaßtem Kristall 4 ist eine aus zwei Teilen 1.1 und 1.2
zusammengesetzte Halterung 1 ersichtlich. Ein in der Halterung 1 gelagerter Kristall 4.1
besitzt einen kreisförmigen Querschnitt und ist mit der Schicht 5 belegt. In der
Innenfläche des Hohlraums der Halterung 1 sind Rillen 3 eingearbeitet, die ein
unterschiedliches Querschnittsprofil besitzen. Der Einfachheit halber sind in dieser Fig. 2
drei-und viereckige Profile 6 und 7, trapezförmige, also durch Polygonzug begrenzte,
sowie bogenförmige Profile 8 und 9 in unterschiedlichen Größen dargestellt.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Halterung 1, in der ein, einen quadratischen
Querschnitt besitzender Kristall 4.2 gelagert ist. In den Wänden der Teile 1.3 und 1.4
der Halterung 1 sind ebenfalls Rillen 3 oder Nuten unterschiedlichen Querschnitts und
unterschiedlicher Größe eingearbeitet, die durch die Bezugszeichen 6; 7; 8; 9
gekennzeichnet sind. Zweckmäßig wird man in der Praxis jedoch bei einer Halterung
gleichgeformte Rillen 3 verwenden.
Aus Fig. 4 ist der axiale Verlauf der Rillen 3 ersichtlich. Es sind bogenförmig begrenzte
Rillen 3 in der Wand des als Bohrung ausgeführten Hohlraums 2 der Halterung 1
vorgesehen, die nach Art eines mehrgängigen Gewindes verlaufen. Bei entsprechender
Steigung kann auch nur eine Rille 3 vorgesehen werden.
Fig. 5 zeigt eine Halterung 1, mit in der Wand des Hohlraums 2 umlaufend ohne
Steigung eingearbeiteten Rillen 10 mit unterschiedlichem Profil. Zweckmäßigerweise
wird man sich in der Praxis jedoch für ein einziges geeignetes Profil je Halterung
entscheiden.
Bei der Halterung 1 nach Fig. 6 sind Rillen 11 oder entsprechende Nuten in der Wand
des Hohlraums 2 vorgesehen, die parallel zur Mittelachse 12 des Hohlraums 2 verlaufen.
In der Wand der Halterung 1 nach Fig. 7 sind anstelle von Rillen verschieden gestaltete
Vertiefungen 13 eingearbeitet, in welche der Werkstoff der den Laserkristall
umgebenden Schicht abfließen kann.
In Fig. 8 ist in einem Querschnitt durch eine aus zwei Teilen 1.1 und 1.2
zusammengesetzte Halterung 1 mit einer in Inneren angeordneten glatten Bohrung 14
als Hohlraum dargestellt. Ein zylindrischer stabförmiger oder scheibenförmiger
Laserkristall 1 ist zentral angeordnet. Er ist mit einer Schicht 15 umgeben, welche an der
dem Laserkristall 1 abgewandten Fläche, die an der Wand der Bohrung 14 anliegt, mit
einer Struktur 16 versehen ist. Diese strukturierte Schicht 15 besitzt vorteilhaft Rillen 17,
Vertiefungen oder auch Erhebungen. Sind Erhebungen vorgesehen, so liegen diese an
der Wand der Bohrung 14 an (nicht dargestellt). Diese Rillen 17 können analog zu den
n der Wand des Hohlraums 2 eingearbeiteten Rillen 3 oder Nuten gemäß Fig. 3 bis 5
gestaltet sein. Sie können gewindeartig und auch ringförmig ausgestaltet sein. Auch
kann das Querschnittsprofil der Rillen 17 und die Form der Vertiefungen oder
Erhebungen der Schicht 15, die weiter oben im Zusammenhang mit der Beschreibung
zu den Fig. 3 bis 5 dargelegte Gestalt besitzen. Diese Ausführungsform nach Fig. 8 hat
z. B. den Vorteil, daß die Rillen 17, die Erhebungen oder auch die Vertiefungen auch
mit spanlosen Bearbeitungsmethoden in die Schicht eingeprägt werden können.
Natürlich ist auch eine spanende, oder chemische Erzeugung dieser Strukturen in der
Schicht 17 denkbar.
In den Figuren sind zwar nur runde und quadratische stabförmige Laserkristalle
dargestellt und im Text beschrieben. Natürlich sind auch andere Querschnitte des
Laserstabes denkbar. So sind auch lasende Kristalle mit einem durch einen Polygonzug
mit mehr als vier Seitenflächen begrenzten Querschnitt oder mit einem anderen als mit
einem Kreisbogen begrenzten Querschnitt möglich. Der Querschnitt des Hohlraumes
und der Bohrung ist zweckmäßig dem Querschnitt des Laserkristalls anzupassen.
In Fig. 9 ist eine Halterung 1 dargestellt, bei welcher zwischen der Innenwand 20 des
Hohlraums 2 und der den Kristall 4 umgebenden Schicht 5 oder Folie eine
Ausweichraum 19 schaffende Hülse 18 vorgesehen ist. Diese Hülse 18 kann aus
gewindeartig aus einem Draht hergestellt sein. Auch kann die Hülse 18 zylinderartig
geformt sein und in ihrer Wand Ausweichraum schaffende Durchbrüche besitzen (nicht
dargestellt). Die Abmessungen dieser Hülsen 18 richten sich nach den Abmessungen des
Hohlraums 2 und der Kristalls 4. Das Querschnittsprofil des Drahtes kann kreisförmig
sein oder auch durch einen geschlossenen Linienzug umgrenzt sein. Desgleichen
können die Durchbrüche in der Hülse die Verschiedensten geeigneten Formen
annehmen.
Claims (17)
1. Festkörperlaser mit mindestens einem gefaßtem Kristall,
- - mit einer Halterung (1), in der der Kristall (4) angeordnet ist, wobei dieser an seinem Umfang mit einer Schicht (5; 15) oder Folie aus fließfähigem Material belegt ist,
- - und mit einem Hohlraum (2) in der Halterung (1), wobei zum Ausgleich des durch thermische Ausdehnung und durch Fertigungstoleranzen bedingten, variablen Volumens des Laserkristalls (4) in der Wand des Hohlraums (2) oder in der Schicht (15) Ausweichraum für das fließfähige Material vorgesehen ist.
2. Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Ausweichraum in der Wand des Hohlraums (2) mindestens eine Nut oder Rille
(3) und/oder Vertiefung (13) vorgesehen ist.
3. Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlraum (2) als Bohrung (14) ausgeführt ist.
4. Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die mindestens eine Nut oder Rille (3) Art eines ein- oder mehrgängigen
Innengewindes ausgebildet ist und ein bogenförmig oder durch einen Polygonzug
begrenztes Profil besitzt.
5. Festkörperlaser nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
daß die mindestens eine Rille (10) oder Nut umlaufend ohne Steigung in die Wand der
Bohrung eingearbeitet ist und ein bogenförmig oder durch einen Polygonzug
begrenztes Profil besitzt. .
6. Festkörperlaser nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die mindestens eine Rille (11) oder Nut, parallel zur Mittelachse (12) der Bohrung
verlaufend, in deren Wand eingearbeitet ist und ein bogenförmig oder durch einen
Polygonzug begrenztes Profil besitzt.
7. Festkörperlaser nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
daß das Querschnittsprofil der mindestens einen Rille (3; 10; 11) oder Nut drei-, vier-
oder mehreckig oder kreisbogenförmig ist.
8. Festkörperlaser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die mindestens eine Vertiefung (13) in der Wand des Hohlraums (2) die Gestalt
einer Kalotte, eines Pyramidenstumpfes, eines Quaders oder Würfels oder eines anderen
pyramidenartigen Körpers besitzt.
9. Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schicht (15) oder Folie an der dem Kristall (4) abgewandten Fläche mit einer
Struktur (16) versehen ist und mit dieser Fläche an der Wand des Hohlraums an liegt.
10. Festkörperlaser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die den Kristall (4) umgebende Schicht (15) oder Folie an der dem Kristall (4)
abgewandten Fläche Rillen (17), Vertiefungen oder Erhebungen besitzt.
11. Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halterung (1) aus mindestens zwei Teilen (1.1; 1.2 bzw. 1.3; 1.4)
zusammengesetzt und mit einem Hohlraum (2) zur Aufnahme des Kristalls (4; 4.1; 4.2)
versehen ist.
12. Festkörperlaser nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Schicht (5; 15) oder Folie aus Indium, einem anderen weichen Metall oder aus
einem anderen geeigneten fließfähigen Werkstoff besteht.
13. Festkörperlaser nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
daß der fließfähige Werkstoff der Schicht (5; 15) oder Folie eine gute
Wärmeleitfähigkeit besitzt.
14. Festkörperlaser nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
daß der Hohlraum (2) und die Bohrung (14) ein dem Querschnitt des Kristalls (4; 4.1;
4.2) angepaßten Querschnitt besitzen.
15. Festkörperlaser nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kristall (4; 4.1; 4.2) ein aktiver lasender Kristall oder ein nichtlinearer Kristall ist.
16. Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der gefaßte Kristall (4; 4.1; 4.2) in unterschiedlichen Richtungen unterschiedliche
thermische Ausdehnungskoeffizienten besitzt und der Ausweichraum in diesen
Richtungen unterschiedliche Abmessungen und/oder Formen besitzt.
17. Festkörperlaser mit mindestens einem gefaßten Kristall (4),
- - mit einer Halterung (1), in der der Kristall (4) angeordnet ist, wobei dieser an seinem Umfang mit einer Schicht (5) oder Folie aus fließfähigem Material belegt ist,
- - und mit einem Hohlraum (2) in der Halterung (1), wobei zur Schaffung von Ausweichraum (19) für das durch thermische Ausdehnung und durch Fertigungstoleranzen bedingte, variable Volumens des Kristalls (4) zwischen der Schicht (2) oder Folie und der Innenwand (20) des Hohlraums (2) eine gewindefederartige oder netzartige Hülse (18) angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996143531 DE19643531C2 (de) | 1996-10-23 | 1996-10-23 | Festkörperlaser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996143531 DE19643531C2 (de) | 1996-10-23 | 1996-10-23 | Festkörperlaser |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19643531A1 true DE19643531A1 (de) | 1998-05-07 |
DE19643531C2 DE19643531C2 (de) | 2003-10-09 |
Family
ID=7809426
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996143531 Expired - Fee Related DE19643531C2 (de) | 1996-10-23 | 1996-10-23 | Festkörperlaser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19643531C2 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10139753A1 (de) * | 2001-08-13 | 2003-03-13 | Med Laserzentrum Luebeck Gmbh | Longitudinal gepumpter Laser mit Pumplichtführung |
US6754418B1 (en) | 1999-04-23 | 2004-06-22 | Cobolt Ab | Optical arrangement |
EP2053709A1 (de) * | 2007-10-22 | 2009-04-29 | TRUMPF Laser GmbH + Co. KG | Lager für optische Bauteile |
DE102014113134A1 (de) * | 2014-09-11 | 2015-07-23 | Rofin-Baasel Lasertech Gmbh & Co. Kg | Optische Einrichtung |
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-
1996
- 1996-10-23 DE DE1996143531 patent/DE19643531C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19643531C2 (de) | 2003-10-09 |
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