DE2263024A1 - Optischer sender oder verstaerker (laser) - Google Patents

Optischer sender oder verstaerker (laser)

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DE2263024A1
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Kurt Habenschaden
Rudolf Kohl
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Description

  • 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.
  • Der Aufbau der Gesamtanordnung wird in diesem Falle wesentlich vereinfacht und kommt dadurch den Anforderungen an solche Laser im mobilen Einsatz entgegen.
  • 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.
  • Der gut wärmeleitende Kontakt wird in diesem Falle durch ein glänzendes, bei der Betriebstemperatur des Lasers flüssiges Metall herbeigeführt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zur Erzielung eines gut wärmeleitenden Übergangs weist das stabförmige stimulierbare Medium über seine Kontaktfläche hinweg einen metallischen Belag auf, mit dessen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Darstellung der Erfindung An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden näher erläutert werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 1 Figur

Claims (4)

  1. Patentansprüche Optischer Sender oder Verstärker (Laser) mit einem stabförmigen stimulierbaren Festkörpermedium und einer stabförmigen Anregungslichtquelle, die innerhalb eines zylindrischen Hohlspiegelgehäuses, insbesondere eines in seiner Erstreckung in zwei Hälften unterteilten HohIspiegelgehäuses, in gut wärmeleitendem Kontakt mit der Wandung des gegebenenfalls in einen besonderen Kühlkreislauf einbezogenen Hohlspiegelgehäuses angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung eines gut wärmeleitenden Kontaktes wenigstens der Anregungslichtquelle (4) in der Gehäusewandung eine auf der- Gehäuseinnenseite von der Anregungslichtquelle abgedeckte Längsnut.(6) vorgesehen ist, die mit einer feinkörnigen, gut wärmeleitende Eigenschaften aufweisenden Pulvermasse (13) angefüllt ist und daß die Pulvermasse von einem unter Federkraft stehenden, die Längsnut auf der Gehäuseaußenseite verschließenden kolbenförmigen Deckel (8) komprimiert ist
  2. 2. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetR daß die Pulvermasse (139 4) ein gutes Reflexionsvermögen für die Strahlung der Anregungslichtquelle 64) aufweist
  3. 3. Optischer Sender nach Anspruch 1 oder 2s dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermasse (13, 14) in die Längsnut (5, 6) in Form einer Paste eingefüllt ist0
  4. 4. Optischer Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet9 daß die Pulvermasse (13 5 14) aus einem glänzenden Metall beispielsweise Aluminium9 besteht0 Leerseite
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2388424A1 (fr) * 1977-04-22 1978-11-17 Hughes Aircraft Co Laser excite par une lampe a eclairs refroidie par conduction

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2388424A1 (fr) * 1977-04-22 1978-11-17 Hughes Aircraft Co Laser excite par une lampe a eclairs refroidie par conduction

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