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Optischer Sender oder Verstärker(Laser) Stand der Technik : a) DT-AS
1 281 065 b) DT-OS 1 589 887 c) DT-OS 1 944 852 d) DT-OS 1 927 611
Stand
der Technik Der Wirkungsgrad von durch das Licht einer hnregungslichtquelle zu einer
kohärenten Strahlung angeregten stimulierbaren Festkörpermedien liegt in der Größenordnung
von 1 % und darunter. Für den einwandfreien Betrieb eines solchen Lasers ist es
daher von wesentlicher Bedeutung, daß die anfallende Verlustwärme in ausreichendem
Umfang rasch abgeführt wird. Im allgemeinen wird dies mit Hilfe eines Kühlkreislaufes
herbeigeführt, in den die Anregungslichtquelle und das stimulierbare Medium einbezogen
sind. Solche Kühlkreisläufe sind relativ aufwendig, weil im allgemeinen an das Kühlmittel
besondere Anforderungen gestellt werden müssen. Außerdem erschweren sie den Austausch
der eine relativ kurze Lebensdauer aufweisenden Anregungslichtquellen erheblich.
Beim Einsatz von Lasern für Zwecke der Entfernungsmessung oder der Zielbeleuchtung
besteht der Wunsch, von einem speziellen Kühlsystem abzusehen und, sofern von einer
Flüssigkeitskühlung abgesehen werden kann, ausschließlich von der Kühlung durch
Konvektion Gebrauch zu machen.
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Der Aufbau der Gesamtanordnung wird in diesem Falle wesentlich vereinfacht
und kommt dadurch den Anforderungen an solche Laser im mobilen Einsatz entgegen.
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Es ist beispielsweise (a) bekannt, den Laserstab in gut wärmeleitenden
Kontakt mit einem Wärmeaustauscher zu bringen, der die Wärme durch Konvektion an
seine Umgebung abstrahlt oder aber einem Kühlluftstrom ausgesetzt ist.
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Der gut wärmeleitende Kontakt wird in diesem Falle durch ein glänzendes,
bei der Betriebstemperatur des Lasers flüssiges Metall herbeigeführt.
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Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform (b) sind die stabfömige
Anregungslichtquelle und das stabförmige stimulierbare Material in rinnenförmige
Vertiefungen eines halbelliptischen zylindrischen Hohlspiegels eingelegt,de'r zugleich
die Funktion eines Kühlkörpers ausübt. Diese Rinnen sind dem äußeren Umfang der
Anregungslichtquelle und des stabförmigen stimulierbaren Mediums angepaßt. Der gut
warmeleitende Kontakt wird dadurch erreicht, daß die Lichtquelle und das stimulierbare
Medium über Befestigungslaschen in die Rinnen hineingedrückt werden.
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Während der Nachteil der erstgenannten Anordnung in den ungünstigen
konstruktiven Abmessungen zu sehen ist, hat die zweite bekannte Anordnung den Mangel,
daß die Anregungslichtquelle und das stimulierbare Medium im gleichen Kühlblock
angeordnet sind. Die wesentlich höhere zulässige Betriebstemperatur der Anregungslichtquelle
im Verhältnis zur zulässigen Betriebstemperatur des stimulierbaren Mediums kann
hier nicht ausgenutzt.werden. Auch ist hier der gut wärmeleitende Übergang im Hinblick
auf das Langzeitbetriebsverhalten nicht gewährleistet.
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Es ist auch bereits bekannt (c), die Anregungslichtquelle, die ja
der eigentliche Wärmeerzeuger ist, gut wärmeleitend über die gesamte Länge mit einem
Kühlkörper zu verbinden, der im Bereich außerhalb des Hohlspiegels in einen Wärmeaustauscher
ausmündet. Auch hier ist der Kühlkörper praktisch nur über Laschen an die Anregungslichtquelle
angedrückt. Ein einwandfreier, gut wärmeleitender Übergang ist deshalb im Langzeitbetrieb
nicht mit Sicherheit gewährleistet.
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Durch (d) ist auch eine Laseranordnung bekannt, bei der das Hohlspiegelgehäuse
in seiner Erstreckung in zwei Hälften unterteilt ist und hierbei die eine, das stimulierbare
Medium aufweisende Hälfte einerseits und die andere, die stabförmige Anregungslichtquelle
aufweisende Hälfte andererseits je eine Baueinheit bilden. Die das stabförmige stimulierbare
Medium aufweisende Hälfte ist dabei zu einem Kühlblock erweitert, in den das stabförmige
stimulierbare Medium über seine gesamte Länge teilweise eingelassen ist.
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Zur Erzielung eines gut wärmeleitenden Übergangs weist das stabförmige
stimulierbare Medium über seine Kontaktfläche hinweg einen metallischen Belag auf,
mit dessen.
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Hilfe es mit dem die eine Hälfte des Hohlspiegelsystems darstellenden
Kühlblock verlötet ist. Der gut wärmeleitende Ubergang wird in diesem Falle durch
den Nachteil erkauft, daß ein Austausch des Laserstabes mit erheblichen Schwierigkeiten
verbunden ist und darüber hinaus die Gefahr besteht, daß das stimulierbare Medium
beim Einlöten einer zu hohen Temperatur ausgesetzt wird. Au1aerdem ist dieses Verfahren
nicht auf die Anregungslichtquelle, die ja der eigentliche Wärmeerzeuger ist, anwendbar.
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Aufgabe Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, für einen optischen Sender oder Verstärker der einleitend beschriebenen
Art eine weitere Lösung für eine Ableitkühlung, insbesondere hinsichtlich der Anregungslichtquelle
anzugeben, die einerseits einen sehr guten wärmeleitenden Übergang zwischen der
hParmequeile und dem Hohlspiegelgehäuse auch über lange Betriebszeiten hinweg
gewährleistet,
und zwar bei günstigen kleinen konstruktiven Gesamtabmessungen und darüber hinaus
eine leichte Abtrennung des stimulierbaren Mediums bzw. der Anregungslichtquelle
vom Hohlspiegelgehäuse im-Sinne eines einfachen Austausches von Bauteilen zuläßt.
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Vorteile Die Erzeugung des gut wärmeleitenden Übergang mittels einer
komprimierten, unter Druck stehenden feinkörnigen, gut wärmeleitenden Pulvermasse
hat den Vorteil, daß die Eigenschaften dieses tibergangssich den unterschiedlichen
Betriebsbedingungen, wie'sie beispielsweise bei Pulslasern für unterschiedliche
Pulsfolgefrequenzen gegeben sind, automatisch anpaßt. Auch verhindert ein solcher
Kontakt eine Verschlechterung der Eigenschaften des Wärmeübergangs im Zuge von AlterungserscheinungenO
Darüber hinaus gibt der Pulvermassekontakt die Möglichkeit, die Anregungslichtquelle
bzw. den Laserstab im Bedarfsfalle rasch aus der Verbindung mit der ihm zugeordneten
Hohlspiegelgehäusehälfte herauszulösen. Durch den Grad der Feinkörnigkeit der Pulvermasse
kann die tatsächlich vorhandene Kontaktfläche zwischen der Wärmequelle und dem die
Wärme ableitenden Hohlspiegelgehäuse optimiert werden Um möglichst geringe Strahlverluste
zu haben, ist es vorteilhaft, solche Pulvermassen zu verwenden, die ein gutes Reflexionsvermögen
aufweisen.
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Bei der Herstellung des wärmeleitenden Übergangs ist es zweckmäBigp
von der im Anspruch 3 angegebenen Maßnahme Gebrauch
zu machen.
Die Pulvermasse läßt sich in Pastenform besser in die Längsnut einfüllen und gewährleistet
darüber hinaus eine optimale Verteilung. Das Lösungsmittel, beispielsweise Alkohol,
verdunstet bei Erwärmung rasch.
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Zweckmäßig besteht die Pulvermasse aus einem glänzenden Metall, beispielsweise
Aluminium. Die elektrisch leitende Metallpulvermasse hat den Vorteil, daß sie zugleich
als Hilfselektrode zum Zünden der Anregungslichtquelle ausgenutzt werden kann.
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Darstellung der Erfindung An Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden näher erläutert werden.
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Die einzige Figur zeigt im Querschnitt einen Laser mit einem aus zwei
Teilschalen 1 und 2 bestehenden Hohlspiegelgehäuse, die in voneinander abgehobenem
Zustand dargestellt sind. In Erstreckung des zylindrischen Hohlspiegehäuses sind
auf einander gegenüberliegenden Seiten das stabförmige stimulierbare Medium 3 und
die Anregungslichtquelle 4 in gut wärmeleitendem Kontakt mit der ihnen jeweils zugehörigen
Teilschale 1 oder 2 angeordnet. Am Ort des stabförmigen stimulierbaren Mediums 3
bzw. der Anregungslichtquelle 4 weisen die Teilschale 1 und die Teilschale 2 eine
durch die Gehäusewandung hindurchgeführte Längsnut 5 bzw. 6 auf, die von außen mit
einem kolbenförmigen Deckel 7 bzw. 8 verschlossen ist, und zwar ist der kolbenförmige
Deckel 7 bzw. 8 im Bereich seines
flanschartigen Ansatzes auf beiden
Seiten über in Druckschrauben 9 bzw. 10 gehalterten Schraubenfedern 11 bzw. 12 in
Richtung der Tiefe der Längsnut 5 bzw. 6 verspannt. Die Längsnut 5 bzw. 6 ist mit
einem glänzenden Metallpulvei7 13 angefüllt. Auf diese weise wird das stimulierbare
bare Medium 3, das mit einem Teil seiner Umfangsfläche die Längsnut 5 auf der Innenseite
der Teilschale 1 abdeckt, durch das komprimierte glänzende Metallpulver 3 in einen
gut wärmeleitenden Kontakt mit der Teilschale 1 gebrach-t. Entsprechendes gilt hinsichtlich
des wärmelei tenden Kontaktes zwischen der Teilschale 2 und des die Längsnut 6 auf
der Innenseite abdeckenden Teiles der Mantelfläche der Anregungslichtquelle 4. Die
glänzende Gestaltung des Metallpulvers ergänzt die durch die LEngsnuten 5 und 6
unterbrochene geschlossene Spiegelfläche des Hohlspiegelgehäuses und gewährleistet
auf diese Weise möglichst geringe Reflexionsverluste.
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Die Unterteilung des Hohlspiegelgehäuses gibt die Möglichkeit, jede
Hohlspiegelhälfte zusammen mit dem ihr zugeordneten Bauteil als Baueinheit zu gestalten.
Außerdem läßt sich auf diese Weise auch eine Trennung der Wärmeabführung zwischen
der Anregungslichtquelle 4 einerseits und dem stimulierbaren Medium andererseits
in vorteilhafter Weise dadurch erreichen, daß die Teilschalen 1 und 2 wärmeisolierend
zusammengefügt werden. Beispielsweise kann das in der Weise geschehen, daß die beiden
Teilschalen durch ein thermisch isoliertes Lichtfilter getrennt sind, das die lediglich
der Aufheizung des stimulierbaren Mediums dienenden Anteile des Spektrums der Anregungslichtquelle
absorbiert.
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Die Teilschalen 1 und 2 des Hohlspiegelgehuses können in bekannter
Weise mit einem Wärmeaustauscher in Verbindung stehen oder mit Kühlrippen versehen
sein. Elne weitere Möglichkeit, die in der Figur ebenfalls nicht angedeutet ist,
könnte darin bestehen, daß in die Teilschalen 1 und 2 Kühlkanäle eingelassen sind,
die Teil eines von einem flüssigen Kühlmedium, beispielsweise Wasser, Gebrauch machenden
Kühlkreislaufes sind.
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1 Figur