DE3722128A1 - Mehrfachgefalteter laser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Laser und insbesondere solche Laser, bei denen der optische Hohlraum in eine Anzahl von Abschnitten gefaltet ist. Ein Faktor, der die Ausgangsleistung eines Lasers beeinflußt, ist die Länge der optischen Bahn durch das erregte aktive Lasermedium. Das bedeutet, daß die Länge der optischen Bahn von der gewünschten Aus­ gangsleistung abhängt.

Die physikalischen Abmessungen des Lasers werden durch andere Überlegungen bestimmt, es ist jedoch üblich, die optische Bahn eines Lasers zu falten, um ihre effektive Länge zu redu­ zieren. Das Falten wird erreicht durch Prismen oder Spiegel am Ende jedes Laserabschnittes und es ist notwendig, sicherzustellen, daß diese Reflektoren korrekt ausgerichtet sind. Dies ist ein ernstes Problem, das mit der Zahl der Faltungen zunimmt.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen mehrfach-gefalteten Laser mit einfachem und robustem Aufbau zu schaffen.

Nach der Erfindung ist hierzu ein mehrfach-gefalteter Laser vorgesehen, der einen optischen Hohlraum hat, der sich zwischen zwei Stirnreflektoren erstreckt und wenigstens drei Abschnitte aufweist, mit einer Anzahl von Reflektoren, um die Strahlung, die aus einem Abschnitt austritt, zum nächsten Abschnitt zu richten, einem aktiven Medium, das einige oder alle dieser Abschnitte ausfüllt, Erregereinrichtungen zur Erzeugung einer Laserwirkung in dem aktiven Medium, das in wenigstens einigen dieser Abschnitte enthalten ist, sowie einem Träger zum Halten oder Abstützen der Stirnreflektoren und der Falte-Reflektoren, um eine im allgemeinen zylindrische Fläche, so daß eine kontinuierliche optische Bahn sich zwischen den beiden Endreflektoren über die Falte-Reflektoren erstreckt, wobei wenigstens drei dieser Abschnitte sich über einen wesent­ lichen Teil des Bereiches innerhalb dieses Zylinders erstrecken und jeder Abschnitt wenigstens einen anderen solchen Abschnitt an oder nahe der Achse der zylindrischen Oberfläche überkreuzt, gesehen längs dieser Achse.

Die Bezeichnung "allgemein zylindrische Fläche" wird benutzt, um die allgemeine Form des Trägers zu definieren. Diese kann von einem ein­ fachen Ring bis zu einem Zylinder beträchtlicher Höhe reichen.

Die allgemein zylindrische Fläche kann aus einer Anzahl von geraden Ab­ schnitten gebildet sein, die eine viel-seitige Form statt eines kreis­ förmigen Zylinders bilden.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 in Form eines schematischen Diagramms eine bevorzugte Ausführungs­ form eines Stirnreflektors und Falte-Reflektoren zeigt.

Fig. 2 zeigt in Draufsicht eine erste Ausführungsform eines Lasers mit der Anordnung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt teilweise im Schnitt den Laser von Fig. 2 längs der Linie III-III.

Fig. 4 zeigt im Teilschnitt eine weitere Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt nur die Reflektoren und die optische Bahn eines mehrfach-gefaltenten Gaslasers nach der Erfindung.

Ein Träger mit kreisförmiger Form, der durch die gestrichelte Linie 10 dargestellt ist, trägt eine Anzahl von in gleichen Abständen angeordneten Reflektoren, deren Reflektorfläche jeweils einwärts gerichtet ist. Insbe­ sondere ist ein Reflektor 11 100%-ig reflektierend und bildet einen End­ reflektor des optischen Laserhohlraums während ein anderer Reflektor 12 teilweise durchlässig ist und den anderen Endreflektor des Hohlraums bildet und einen Ausgangsstrahl 13 abgibt. In der dargestellten Ausführungsform sind weitere neun Falt-Reflektoren oder Umlenkreflektoren 14 vorgesehen, wobei die elf Reflektoren in gleichen Abständen rund um den Träger 10 angeord­ net sind. Die Zeichnung zeigt die optische Bahn, wobei jeder Abschnitt zwischen einem Paar Reflektoren sich über einen wesentlichen Teil des Be­ reichs innerhalb des Trägers 10 erstreckt.

Die Anordnung nach Fig. 1 ermöglicht einen einfachen robusten Träger für alle Reflektoren, wobei eine korrekte Ausrichtung zwischen den Reflektoren aufrechterhalten wird, wenn diese thermischen oder mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, was ein wichtiger Punkt bei mehrfach-gefaltenten Lasern ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß jede erforderliche Anzahl von Ab­ schnitten mehr als zwei benutzt werden kann einfach durch weglassen der anderen Reflektoren und entsprechender Positionierung des Endreflektors. Dies erlaubt eine Standard-Konstruktion, die für einen ganzen Bereich von Lasern mit unterschiedlicher Ausgangsleistung verwendet werden kann.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine praktische Ausführungsform eines Lasers, der das Prinzip nach Fig. 1 verwendet. Fig. 2 zeigt in Draufsicht einen Laser mit derselben Anzahl von Abschnitten wie in Fig. 1. Der Träger 10 besteht aus einem Metallring mit radialen Öffnungen 15, die in ihm in Positionen ausgebildet sind, in denen Spiegel erforderlich sind. Die Spiegel 11, 12 und 14 sind am äußeren Rand des Ringes 10 angebracht.

In der Mitte des Ringes 10 ist ein hohler zylindrischer Verteiler 16 ange­ ordnet. Jeder Abschnitt des Lasers, der sich zwischen zwei Spiegeln auf gegenüberliegenden Seiten des Ringes 10 erstreckt, verläuft durch den Ver­ teiler 16, in dessen Wand entsprechende Öffnungen 17 ausgebildet sind. Zwei separate Erregerbereiche in Form von Entladeröhren 18 sind an jedem Laserabschnitt zwischen dem Trägerring 10 und dem Verteiler 16 angeordnet, wie schematisch in Fig. 2 gezeigt ist. Der Laser nach Fig. 2 hat somit zehn Abschnitte und insgesamt zwanzig Erreger-Entladeröhren.

Fig. 3 zeigt im Schnitt längs der Linie III-III von Fig. 2 in größerem Detail die Anordnung von einem Paar Entladeröhren. Wie in dieser Figur dar­ gestellt, erstreckt sich jede Entladeröhre 18 zwischen dem äußeren Träger­ ring 10 und dem zentralen Verteiler 16. Jede Entladeröhre ist mit einer Gaseinlaßöffnung 19 versehen, durch welche das aktive gasförmige Medium in jede Entladeröhre eintreten kann. Das Gas strömt längs der Röhre zu dem zentralen Verteiler 16. Um die erforderliche Entladung zu bewirken, ist jede Entladeröhre mit einer Anode 20 versehen, die sich in die Entladeröhre erstreckt, sowie mit einer Kathode 21.

Es ist ein Gasumwälzsystem vorgesehen, das ebenfalls in Fig. 3 schematisch gezeigt ist. Eine Pumpe 22 zieht das Gas von dem zentralen Verteiler 16 über einen Wärmetauscher 23 ab, der die Wärme abführt, die durch die elektrische Entladung entsteht. Ein weiterer Wärmetauscher 24 kann auf die Pumpe 22 folgend angeordnet sein, von welchem aus das Gas dann zu den Entladeröhren durch die Gaseinlaßöffnungen 19 rückgeführt wird.

Ein Hauptvorteil der Erfindung ist die einfache Konstruktion, die einen stabilen Träger für alle Reflektoren des Lasers ermöglicht.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine besondere Ausführungsform der Erfindung, eine Reihe ihrer Merkmale können jedoch modifiziert werden. Es kann, wie bereits erwähnt, eine kleinere Anzahl von Abschnitten des Lasers verwendet werden, um eine kleinere Ausgangsleistung zu erzeugen. Dies kann erreicht werden, indem einfach einige der Entladeröhren 18 und Spiegel 14 weggelassen werden, womit ein Laser mit einer kleineren Anzahl von Faltungen oder Umlenkungen geschaffen wird. Alternativ können alle Abschnitte benutzt werden, aber einige von ihnen brauchen nicht durch eine elektrische Entladung erregt werden, wodurch die Laserverstärkung und damit die Ausgangsleistung reduziert werden kann. Dies ist praktisch eine einfache Methode zur Steuerung der Ausgangsleistung.

Anstelle der separaten Kathoden 21, die für jede Entladeröhre vorgesehen sind, kann der zentrale Verteiler, falls er aus einem elektrisch leitenden Material besteht, als gemeinsame Elektrode verwendet werden.

Obwohl der beschriebene Laser einen kontinuierlichen Gasfluß verwendet, kann das System abgeschlossen werden, wenn nur niedrigere Leistungsaus­ gänge erforderlich sind. Das Gasumwälzsystem, wenn ein solches verwendet wird, kann verschieden sein von der allgemeinen Ausführungsform nach Fig. 3. Beispielsweise kann das Gas den Entladeröhren über den Trägerring zugeführt werden, wenn dieser hohl ausgeführt ist.

Die Konstruktion nach den Fig. 2 und 3 führt zu einer Beschränkung der Anzahl der Abschnitte wegen der Notwendigkeit, separate Öffnungen in dem zentralen Verteiler für jede Entladeröhre vorzusehen. Die Entladeröhren brauchen jedoch nicht in einer einzigen Ebene angeordnet zu werden, beispielsweise können die vom Trägerring getragenen Spiegel abwechselnd auf zwei unterschiedlichen Niveaus angeordnet werden.

Fig. 4 zeigt in einem vereinfachten Schnitt einen Teil einer solchen Anordnung, wobei obere und untere Reihen von Spiegeln 14 rund um den Trägerring 10 dargestellt sind. Die Abschnitte des Lasers sind nun zu der Ebene geneigt, die sie in der vorherigen Ausführungsform eingenommen haben. Auf diese Weise kann die Anzahl der Abschnitte verdoppelt werden.

In den vorbeschriebenen Ausführungsformen ist der Träger 10 kreisförmig ausgebildet. Während dies die einfachste und am meisten geeignete Form ist, kann der Träger auch eine andere, annähernd kreisförmige Form haben, z.B. wenn insgesamt sieben Spiegel verwendet werden, kann der Träger in Form eines Siebeneckes ausgebildet sein. Es ist hierbei nicht einmal erforderlich, daß jeder Abschnitt des Lasers dieselbe Länge hat, obwohl dies aus Her­ stellungsgründen zweckmäßig ist. Die verschiedenen Spiegel können gekrümmt oder eben, oder auch dachförmig ausgebildet sein. Wenn einzelne sphärisch gekrümmte Spiegel verwendet werden, wird der Faltungswinkel zwischen zwei benachbarten Abschnitten der optischen Bahn zweckmäßigerweise klein, z.B. unter 20° gehalten.

Das aktive Lasermedium braucht kein Gas oder Gasgemisch zu sein, obwohl das Prinzip des gefalteten Lasers gewöhnlich in Verbindung mit Hochleistungs- Gaslasern angewendet wird.

Claims (10)

1. Mehrfach-gefalteter Laser mit einem optischen Hohlraum, der sich zwischen zwei Endreflektoren erstreckt und durch wenigstens drei Abschnitte gebildet ist, einer Anzahl von Falt-Reflektoren, um aus einem Abschnitt austretende Strahlung zum nächsten Abschnitt zu richten, einem aktiven Medium, das wenigstens einige dieser Ab­ schnitte füllt, Erregereinrichtungen zur Erzeugung einer Laser­ wirkung in dem aktiven Medium, das in wenigstens einigen dieser Abschnitte enthalten ist, gekennzeichnet durch einen Träger zum Halten der Endreflektoren und der Falt-Reflektoren längs einer im wesentlichen zylindrischen Fläche, so daß sich über die Falt- Reflektoren eine kontinuierliche optische Bahn zwischen den beiden Endreflektoren erstreckt, wobei wenigstens drei dieser Abschnitte sich über einen wesentlichen Teil des Bereiches innerhalb des Zylinders erstrecken und jeder Abschnitt wenigstens einen anderen solchen Abschnitt an oder nahe der Achse dieses Zylinders, gesehen längs dieser Achse, überkreuzt.

2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endreflektoren und die Falt-Reflektoren in einer Ebene liegen.

3. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd die Endreflektoren und die Faltreflektoren längs der optischen Bahn in separaten von zwei parallelen Ebenen liegen.

4. Laser nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Medium ein gasförmiges Medium ist.

5. Laser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abschnitt des Lasers, der mit Erregereinrichtungen versehen ist, zwei separate Erregerabschnitte hat.

6. Laser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Erreger­ abschnitt mit einer Anode und einer Kathode versehen ist.

7. Laser nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive gasförmige Medium durch jeden dieser Abschnitte strömt, und daß der Laser eine Pumpe aufweist zur Erzeugung des Gasstromes sowie einen Wärmetauscher zum Abführen der durch die Laserwirkung entstehenden Wärme.

8. Laser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Erreger­ abschnitt an einen zentralen Verteiler angeschlossen ist, durch welchen das aktive gasförmige Medium zur Pumpe und zum Wärmetauscher strömt.

9. Laser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Verteiler eine gemeinsame Elektrode der Erregereinrichtung bildet.

10. Laser nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein hohles Rohr ist, durch welches das Gas in jeden Erregerabschnitt einströmt.