DE3028421C2 - CO↓2↓-Wellenleiterlaser - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen CO2-Wellenleiterlaser mit hoher Amplituden- und Frequenzstabilität, dessen Resonator aus Materialien geringer Wärmeausdehnung besteht und vom Laserkörper mit höherer Wärmeausdehnung mechanisch entkoppelt ist, in Form eines Durchflußlasers, bestehend aus einem Laserkörper, dem Resonatorskelett mit Distanzstäben und Resonatorendplatten als Träger der Resonatorspiegel, und mit einer Kühleinrichtung.

Ein solcher Wellenleiterlaser ist aus »IEEE Journal of Quantum Electronics« QE-14 (1978), Nr. 7, S. 481—486 bekannt. Hier handelt es sich um einen Durchflußlaser, dessen Laserrohr in zwei Brewsterfenstern endet, die jedoch nicht direkt mit den Spiegelplatten verbunden sind. Daher wird bei einem Austausch der Spiegel deren justierung jedesmal neu vorgenommen. Es handelt sich hier um ein Laborgerät mit Wasserkühlung.

Durch die DE-OS 18 16 074 ist ein HeNe-Laser bekanntgeworden, dessen Laserrohr in Integralbauweise S5 aus Glas gefertigt ist, bei dem die Laserspiegel ohne besondere Justiervorrichtung in bereits justiertem Zustand irreversibel aufgeklebt sind.

Aus der DE-OS 19 44 958 ist eine Laseranordnung bekannt, bei der das Resonatorteil im Gehäuse auf Stützen gelagert ist, die elastische schwingungsdämpfende Abschnitte enthalten. Hierdurch wird die Resonatorstruktur vom Gehäuse entkoppelt, um unterschiedliche Aufwärmverhalten auszugleichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Laser so zu verbessern, daß er in seinem Aufbau einfacher und kompakter und in seinem Zusammenbau sowie im Spiegelaustausch erheblich vereinfacht ist, eine Luftkühlung besitzt und im Betrieb thermisch ausgeglichen ist

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Bau kleiner Wellenleiterlaser ermöglicht ist, deren Montage vereinfacht ist und die Justierung der Spiegel praktisch beim fertig zusammengebauten Gerät erfolgen kann. Der erfindungsgemäße Laser kann ferner äußerst preisgünstig erstellt werden, was für solche Verwendungszwecke nicht unwesenüieh ist wo nur ein einmaliger Einsatz des Lasers stattfindet wie beispielsweise bei Flugkörpern oder Projektilen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend beschrieben und erläutert sowie in der Zeichnung dargestellt Die beiden Figuren der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fi g. 2 einen Querschnitt durch den Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels.

Wie die F i g. 1 zeigt, setzt sich der Durchflußlaser 10 aus dem Wellenleiter 11, vorzugsweise aus AI2O3 gefertigt mit seiner von ihm gebildeten Kapillare 13 und aus einem sogenannten Resonatorskelett zusammen, das aus den Distanzstäben 12 — vorzugsweise drei an der Zahl — sowie den Resonatorendplatteh 14, 15 besteht. Zur Erhöhung der Amplituden und Frequenzstabilität des Lasers ist das Resonatorskelett'. czugsweise aus Materialien niedrigster Wärmeausdehnung gefertigt, z. B. aus Quarzglas (Cerodur) für die Distanzstäbe und »Invar« für die Resonatorendplatten mit den zugehörigen Justierschrauben (146,156/

Die Resonatorendplatten 14, 15 dienen gleichzeitig als Träger der Resonatorspiegel 16, 16a. Alle vorgenannten Teile, die den eigentlichen Laser darstellen, sind nun von einem zylindrischen Gehäuserohr 17 — vorzugsweise aus Metall — ummantelt, dessen beim Auskoppelspiegel 16a liegendes Ende vorzugsweise mit einer Anschlußplatte 18 für anzuschließender Optiken etc. abgeschlossen ist und dessen Gegenseite als Rohr- bzw. Lasorgehäuseabschluß ein Isoliergehäuse 19 mit einer Lüftereinrichtung 20 aufweist, wobei der Vibrationsdämpfer 20a die Übertragung von Körperschall auf das Resonatorskelett verringert.

Die Kühlluft gelangt über den Rand der Resonatorendplatte 15 sowie durch ihre Kühlluftbohrungen 25 in das Gehäuserohr 17 und tritt durch Kühlluftbohrungen in der Resonatorendplatte 14 und der Anschlußplatte 18 wieder aus, Als Laserkörper ist vorzugsweise ein dünnwandiges Keramikrohr vorgesehen. Eine Umgestaltung des Resonatorskeletts zur Aufnahme eines anders gestalteten Laserkörpers ist leicht möglich. Als Laserelektroden dienen vorzugsweise die Resonatorendplatten 14,15, jedoch können die Elektroden auch im Laserkörptr 11 selbst enthalten sein. Das Isoliergehäuse 19 ist in

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Form eines Rohrstutzens an seinem Ende mit einem Schraubgewinde 21 versehen, welches mit dem Gegengewinde im Gehäuserohr 17 verschraubbar ist Eine Kontermutter 22 sorgt für verdrehungssichere Fixierung des Isoliergehäuses. Am anderen Ende trägt dieses Gehäuse einen Lüfter 20 sowie die Anschlüsse 27 für die eventuelle Laser-Gaszu- und -abfuhr, die Hochspannungszufuhr, den Lüfter etc. Die Wärmeausdehnung des Lasergehäuses 17,19 gegenüber dem Resonatorskelett wird von dem elastischen Material des Isoliergehäuses aufgenommen.

Der eigentliche Laser ist am einen Ende mittels Klemmschrauben 23 in dem Isoliergehäuse 19 fixiert Die Klemmschrauben 23 greifen dabei in eine keilförmige Nut 15a der Resonatorendplatte 15 ein. Das andere Ende des Laserkörpers ist ebenso mittels Schrauben 24 lagemäßig gehalten und fixiert. Ap. diesem Ende sind in dem Gehäusemantel auch zusätzliche Luftaustrittsbohrungen 28 angeordnet, um den Kühldurchsatz zu optimieren.

Da die Klemmschrauben 23 in die keilförmigen Nuten 14s, 15s der Rcscnato.-endplatter. 14,15 eingreifen, wird die Montage des Lasers in das Gehäuse seh· verein- I

facht Bei zunächst lose angezogenen Klemmschrauben |

werden Gehäuserohr 17 und Isoliergehäuse 19 bis auf die erforderliche Länge ineinandergeschraubt, wobei der eigentliche Laser durch eine einfache Hilfsvorrichtung gehalten wird. Nach dem Festziehen der Klemmschrauben 23 sind die Resonatorendplatten fest gegen die Distanzstäbe 12 gedruckt und gegen Verdrehen gesichert Hierzu sind keine weiteren Hilfsmittel mehr erforderlich.

Der Wellenleiter 11 trägt nun zur besseren Wärmeabfuhr an sich bekannte »Kühlsterne« 26, die vorzugsweise aus elastisch federndem Material gefertigt sind und die Wärme von der Kapillare 13 bzw. dem Wellenleiterrohr 11 und den als Elektroden dienenden Resonatorendplatten 14,15 in den vom Lüfter 20 erzeugten Luftstrom ableiten. Die notwendige Isolierung zwischen den Laserelektroden wird durch Weglassen einiger Kühlsterne erreich-

Die F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier ist das Gehäuserohr 17 an seinem dem Auskoppelspiegel 16a zugewandten Ende als Überwurfhülse 17a ausgebildet Das Isoliergehäuse 19 weist einen Zentriersattel 19a für die Resonatorendplatte 15 sowie eine Reihe von Kühliuftbohrungen 2S> auf. Die Klemmschrauben 23, 24 und die Nuten 14a, 15a entfallen gegenüber dem erstbeschriebenen Ausführungsbeispiel, was bei gleicher Funktion zu einer Erleichterung der Montage führt Diese Montage erfolgt wieder mit der bereits erwähnten Hilfsvorrichtung. Nach dem Festziehen des Isolkrgehäuses 19 und des Gehäuserohres 17 ist das Resonatorskelett infolge der Haftreibung zwischen Oberwurfhülse 17a bzw. Zentriersitz 19a und den Resonatorendplatten 14,15 gegen Verdrehen gesichert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. CO2-Wellenleiterlaser mit hoher Amplituden- und Frequenzstabilität, dessen Resonator aus Materialien geringer Wärmeausdehnung besteht und vom Laserkörper mit höherer Wärmeausdehnung mechanisch entkoppelt ist, in Form eines Durchflußlasers, bestehend aus dem Laserkörper, dem Resonatorskelett mit Distanzstäben und Resonatorendplatten als Träger der Resonatorspiegel, und mit einer Kühleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußlaser (10) von einem Gehäuserohr (17) ummantelt ist, dessen dem Auskoppelspiegel (16a/ gegenüberliegendes Ende als Laserab-Schluß ein Isoliergehäuse (19) aufweist, das über ein Gewinde (21) auf das Gehäuserohr (17) aufgeschraubt und fixiert ist, wobei das Isoliergehäuse (19) werkstoffmäßig die Wärmedehnungen des gesamten Gehäuses (17,19) gegenüber dem Resonatorskelett ausgleicht und gleichzeitig Träger einer Lüftereinrichtung (20)jnit Vibrationsdämpfer (20a/ ist

2. Laser nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Resonatorskelett (12, 14, 15) mittels Klemmschrauben (23, 24) in dem Gehäuserohr (17) und dem Isoliergehäuse (19) lagemäßig fixiert und gegen Verdrehung gesichert ist.

3. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuserohr (17) an seinem dem Auskoppelspiegel (16a) zugewandten Ende als Überwurfhülse (17aJ ausgebildet ist und das Isoliergehäuse (19) einen Zentriersattel (19a/ für die Resonatorendplatte (15) U/wie Kühlbohrungen (29) aufweist.

4. Laser nach einem <ier Anf nrüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Keramik bestehende Laserkörper (11) als dünner Rohr ausgebildet und über nahezu seine ganze Länge mit Kühlsternen (26) zur Wärmeabfuhr versehsn ist.

5. Laser nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dessen beim Auskoppelspiegel (16a,) liegendes Ende mit einer Anschlußplatte (18) abgeschlossen ist.