DE2643922A1

DE2643922A1 - Optischer sender oder verstaerker (laser)

Info

Publication number: DE2643922A1
Application number: DE19762643922
Authority: DE
Inventors: Rudolf Kohl; Heinz Lehna
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-09-29
Filing date: 1976-09-29
Publication date: 1978-03-30

Description

Optischer Sender oder Verstärker (Laser)
Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sender oder Verstärker (Laser), mit einem von einem Kühlmittel durchströmten Gehäuse, das einen Hohlspiegel enthält, in dem in einer Mittelachse ein stabförmiges stimulierbares Festkörpermedium und eine stabförmige An&egungslichtquelle angeordnet sind.
Bei einem optischen Sender oder Verstärker mit hoher Sendeleistung können Verunreinigungen, wie Staubpartikel oder Luftfeuchtigkeit, auf den optisch wirksamen Flächen zu deren Zerstörung führen. Besonders gefährdet sind dabei die Flächen mit den kleinsten Ausdehnungen, wie z.B. die Stirnflächen des aktiven Lasermaterials, da dort die größte Energiedichte auftritt. Zudem ist es wegen des geringen Wirkungsgrades von Lasern meist erforderlich, die entstehende Verlustwärme mittels eines Kühlmittels abzuführen, das aber in der Regel auch Träger von Verunreinigungen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen optischen Sender oder Verstärker der eingangs erwähnten Art eine Lösung sowohl für das Problem der Kühlung als auch für das Problem der Verunreinigung der optisch wirksamen Flachen anzugeben.
Diese Lösung besteht bei einem optischen Sender oder Verstärker der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung darin, daß an der Außenseite des das Festkörpermedium umfassenden Gehäusebereiches je ein hermetisch geschlossener Raum angeordnet ist, daß jeder Raum jeweils mindestens einen Resonatorspiegel enthält und gehäuseseitig durch die jeweilige Austrittsfläche des Festkörpermediums optisch begrenzt ist, daß einer dieser Räume außerdem an einer dem Gehäuse abgewandten Seite durch eine Eintrittslinse eines optischen Systems, z.B. eines Aufweitungsobjektives, optisch begrenzt ist, und daß die getrennte Zu- und Abführung des Kühlmittels über Ein- und Austrittsöff-nungen sowie Fuhrungskanäle des Gehäuses und Durchbrüche des Hohlspiegels erfolgt.
Bei einer derartigen Anordnung werden die angegebenen Probleme dadurch gelöst, daß der Laser in Räume mit hoher und solche mit niedriger Energiedichte aufgeteilt ist. Die Räume mit hoher Energiedichte (Laserlicht) sind hermetisch abgeschlossen. Dies ist mögliche da in diesen Räumen keine Verlustleistungen auftreten. In dem Raum des Anregungssystems stehen dagegen niedrige Energiedichten großen optisch wirksamen Flächen gegenüber; hier wird der größte Teil der Verlustwärme freigesetzt und mit Hilfe eines Kühlmittels gekühlt. Die Zu- und Abführung des Kühlmittels in den zu kühlenden Anregungsraum erfolgt dabei durch geeignete Öffnungen. Diese sind infolge des erfindungsgemäßen Aufbaus so angeordnet, daß die Anregungslichtquelle ausgetauscht werden kann, ohne die hermetisch geschlossenen Räume zu öffnen und die Justierungen im optischen Resonator zu verändern.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1 sind den Merkmalen der Unteransprüche zu entnehmen.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Nusführungsbeispieles wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.
Dabei zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt 1-1- durch einen optiscEen Sener oder Verstärker Fig. 2 einen Querschnitt II-II nach Fig 1.
In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Lasers dargestellt. Dieser ist unterteilt in zwei hermetisch geschlossene Räume 1 und 2 sowie in den zu kühlenden Laserpumpraum 3, der in einem im Querschnitt-z.B. auadratischen Gehäuse 4 gebildet ist, Das Gehäuse enthält einen im Querschnitt elliptischen oder parabolischen-Hohlkörper als Pumpsiegel 5, in dem in einer Mittelachse als stimulierbares Festkörpermedium ein Laserstab 6 mit seiner Mantelfläche sowie eine stabförmige Pumplichtauelle 7 angeordnet sind, an der die Verlustwärme entsteht. In der anderen Mittelachse des Pumpspiegels 5 ist zwischen dem Laserstab 6 und der Pumplichtquelle 7 ein Wärmeschutzfilter 8 angeordnet Die Mantelfläche des Laserstabes 6, der Pumplichtspiegel 5 und das Wärmeschutzfilter 8 werden aufgrund ihrer großen Oberfläche von der Strahlung nur wenig belastet.
Die hermetisch geschlossenen Räume 1 und 2 sind seitlich an der Außenseite des den Laserstab 6 umfassenden unteren Bereiches des Gehäuses 4 angeschlossen, r!obei sie in ihrer Ausdehnung senkrecht zur Filterebene einerseits maximal bis zu der Ebene des Filters 8 reichen und andererseits bündig mit der Gehäuseunterseite abschließen. Die Pumplichtquelle 7 liegt somit im oberen Gehäusebereich oberhalb der beiden hermetisch geschlossenen Räume 1 und 2. Der hermetisch geschlossene Raum 1 ist optisch begrenzt durch die eine Austrittsfläche-9 des in den Durchtrittsbohrungen 10 und 11 der Gehäuseseitenwände 12 und 13 gelagerten Laserstabes 5 und enthält einen von außen justierbaren Resonatorspiegel 14. Der hermetisch geschlossene Raum 2 ist optisch begrenzt durch die andere Austrittsfläche 15 des Laserstabes 6 und durch eine Sintrittslinse 16 eines sich rechtwitftirr an den Raum 2 anschließenden Aufweitungsobjektives 17. Der Raum 2 enthält den austrittsseitigen, teildurchlässigen Resonatorspiegel 18 sowie weitere optische Bauelemente, wie z.B. die staub--und feuchtigkeitsempfindlicher-Elemente eines Güteschalters 1-9 mit den trapezförmigen Ablenkprisma 33 und ein von außen Justierbares Umlenkprisma 20.
Der Kühlmittelfluß ist aus den Fig. 1 und 2 anhand der eingezeichneten, mit Pfeilen-versehenen Linien-zu ersehen. Uber die Eintrittsöffnunge 21, welche an der Unterseite des mit den hermetisch geschlossenen Räumen 1 und 2 versehenen Bereiches des Gehäuses 4 vorgesehen sind, strömt das vorzugsweise gasförmige Kühlmittel in den zur Ebene des Wärmeschutzfilters 8 im wesentlichen parallelen unteren Führungskanal 22 sowie über einen die dem Gehäuse 4 und dem Raum 2 gemeinsame Seitenwand 1-3 umgehenden Kanal 23 in den oberen, zur Ebene des Filters 8 im wesentlichen ebenfalls parallelen Führungskanal 24 und wird dann von den Führungskanälen 22 und 24 an den Mittelrippen 31, 32 vorbei durch die im Pumplichtspiegel 5 befindlichen Durchbrüche 25 und 26 geführt.
Diese Durchbrüche sind z.B. am Umfang des Pumplichtspiegels im Bereich seiner Mittelachsen angeordnet und vorteilhafterweise düsenförmig ausgebildet, wodurch die Kühlwirkung auf den Laserstab 6 und die Pumplichtquelle 7 wesentlich erhöht wird. Durch die im Bereich der Ebene des Filters 8 liegenden, gegenüber den Eintrittsdurchbrüchen 25, 26 etwa doppelt so breiten Austrittsdurchbrüche 27 und 28 des Pumplichtspiegels 5 und die hierzu fluchtenden Austrittsöffnungen 29 und 30 des Gehäuses 4 wird das Kühlmittel abgesaugt, wobei zugleich das Wärmeschutzfilter 8 gekühlt wird.
1 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite

Claims

Patentansprüche Optischer Sender oder Verstärker (Laser) , mit einem von einem Kühlmittel durchströmten- Gehäuse, das einen Hohlspiegel enthält, in dem in einer Mittelachse ein stabförmiges stimulierbares Festkörpermedium und eine stabförmige Anregungslichtquelle angeordnet sind, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß an der Außenseite des das Festkörpermedium (6) umfassenden Gehäusebereiches je ein hermetisch geschlossener Raum (1, 2) angeordnet ist, daß jeder Raum (1, 2) jeweils mindestens einen Resonatorspiegel (14, 18) enthält und gehäuseseitig durch die jeweilige Austrittsfläche (9, 15) des Festkörpermediums (6) optisch begrenzt ist, daß einer dieser Räume (2) außerdem an einer dem Gehäuse (4) abgewandten Seite durch eine Eintrittslinse (16) eines optischen Systems (17), z.B. eines Aufweitungsobjektives, optisch begrenzt ist, und daß die getrennte Zu- und Abführung des Kühlmittels über Ein- und Austrittsöffnungen (21, 29, 30) sowie Führungskanäle (22, 24) des Gehäuses (4) und Durchbrüche (25, 26, 27, 28) des Hohlspiegels (5) erfolgt.
2. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen der Anregungslichtquelle (7) und dem Festkörpermedium (6) in der zweiten Mittelachse des Hohlspiegels (5) ein Wärmeschutzfilter (8) angeordnet ist und die hermetisch geschlossenen Räume (1, 2) in ihrer Ausdehnung senkrecht zur Ebene des Filters maximal bis zu der Filterebene reichen.
3. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Durchbrüche (25,26,27,28) am Umfang des Hohlspiegels (5) angeordnet sind.
4. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Durchbrüche (25, 26, 27, 28) im Bereich der Mittelachsen des Hohlspiegels (5) vorgesehen sind.
5. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Durchbrüche (25, 26, 27, 28) düsenförmig ausgebildet sind.
6. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Austrittsöffnungen (29, 30) des Gehäuses (4) im Bereich einer in der zweiten Mittelachse liegenden Ebene angeordnet sind.
7. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Führungskanäle (22, 24) des Gehäuses (4) im wesentlichen parallel zu einer in der zweiten Mittelachse liegenden Ebene verlaufen.
8. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Eintrittsöffnungen (21) in dem mit den hermetisch geschlossenen Räumen (1, 2) versehenen Gehäusebereich angeordnet sind.
9. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der emeResonatorspiegel (14) von außen justierbar ist.
10. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß in dem von der Eintrittslinse (16) des optischen Systems (17) begrenzten Raum (2) weitere optische Bauelemente (19, 20), insbesondere eines Güteschalters, angeordnet sind.
11. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 10, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem von der Eintrittslinse (16) des optischen Systems (17) begrenzten Raum (2) ein von außen justierbares Umlenkprisma (20) angeordnet ist.