DE3722128C2 - Mehrfach-gefalteter Laser - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem mehrfach-gefalteten Laser mit einem optischen Hohlraum zwischen zwei Endreflektoren und mit einer Mehrzahl von Paaren von Falt-Reflektoren gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus US 4 093 924 ist ein mehrfach-gefalteter Laserverstärker bekannt, bei dem ein einziger vorhandener Laserstrahl von einem gesonderten Laseroszillator nur ein einziges Mal sich entlang einer gefalteten Bahn bewegt und wiederholt ein und dieselbe einzige aktive Mediumszone kreuzt. Daher sind bei diesem Laserverstärker keine Endreflektoren vorhanden, und die Falt- Reflektoren sind von einer zylindrischen Fläche entferntliegend angeordnet, welche die Zone mit aktivem Medium enthält. Somit fehlt bei diesem Verstärker ein optischer Hohlraum, welcher zwischen zwei Endreflektoren eines Lasers gebildet wird. Ferner fehlen dort nähere Einzelheiten und Angaben über Halteeinrichtungen für die Reflektoren.

Aus NL-Zeitschrift: "Opt. Comm.", Vol. 58, No. 6, 15. Juli 1986, S. 420-422, DE 34 12 398 A1 und JP-Abstracts: 53-105396 (A2) sind unterschiedlich ausgelegte, gefaltete, räumliche Strukturen für die Anwendung bei Lasern bekannt. Insbesondere ist bei der Auslegung nach JP-Abstracts: 53-105396 (A2) jeder Erregerabschnitt mit einer Anode und einer Kathode versehen, wobei jeder optische Abschnitt einen derartigen Erregerabschnitt aufweist. Nach DE 34 12 398 A1 sind jeweils zwei separate Erregerabschnitte pro optischem Abschnitt vorhanden.

Schließlich ist in GB 2 161 981 A eine Laseranordnung beschrieben, bei der ein zentraler Verteiler eine gemeinsame Elektrode der Erregereinrichtung bildet, und ein hohles Rohr benutzt wird, über welches Gas in jeden Erregerabschnitt einströmt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen mehrfach-gefalteten Laser der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, welcher einen einfacheren und robusten Aufbau unter Erzielung einer zuverlässigen und korrekten Ausrichtung der Reflektoren auch im stark belasteten Betriebszustand bei thermischen oder mechanischen Beanspruchungen hat. Ferner soll der Laser der gattungsgemäßen Art, ausgehend von einer Grundkonstruktion, Laserausführungsformen mit unterschiedlichen Abgabeleistungen auf möglichst einfache Weise gestatten.

Nach der Erfindung wird hierzu ein mehrfach-gefalteter Laser mit einem optischen Hohlraum zwischen zwei Endreflektoren und einer Mehrzahl von Paaren von Falt-Reflektoren bereitgestellt, welcher sich durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 auszeichnet.

Dank dem starren Träger bei dem erfindungsgemäßen mehrfach- gefalteten Laser, welcher einen Querschnitt mit einer einer Kreisform angenäherten Gestalt hat, erhält man eine wesentlich stabilere Konstruktion des Trägers gegenüber Schwankungen bei thermischen und mechanischen Belastungen gegenüber anderen Formgebungen. Daher gestattet der mehrfach-gefaltete Laser und der dort vorgesehene Träger auf zuverlässige und einfache Weise eine korrekte Auslichtung der Reflektoren auch im stark belasteten Betriebszustand. Bei dem Laser nach der Erfindung kann in Abhängigkeit von der Anzahl der vorgesehenen Falt-Reflektoren, ausgehend von einer Grundkonstruktion durch Weglassen oder zusätzliches Vorsehen von Falt-Reflektoren eine Auslegung des Lasers abgestimmt mit der gewünschten Abgabeleistung auf universelle Weise erreicht werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Anordnung, umfassend Endreflektoren und Falt-Reflektoren,

Fig. 2 eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform eines Lasers mit der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilschnittansicht des Lasers in Fig. 2 längs der Linie III-III und

Fig. 4 eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt nur die Endreflektoren und Falt-Reflektoren sowie die optische Bahn eines mehrfach-gefalteten Gaslasers.

Ein Träger mit kreisförmigem Querschnitt, der durch die gestrichelte Linie 10 dargestellt ist, trägt eine Anzahl von in gleichen Abständen angeordneten Reflektoren, deren Reflektorfläche jeweils einwärts gerichtet ist. Insbesondere ist der Reflektor 11 100%ig reflektierend und bildet einen Endreflektor des optischen Hohlraums während der 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 14 vorgesehen, wobei die insgesamt elf Reflektoren in gleichen Abständen um den Träger 10 angeordnet sind. Die Zeichnung zeigt die optische Bahn, wobei jeder Abschnitt zwischen einem Paar Reflektoren sich über einen wesentlichen Teil des Bereichs innerhalb des Trägers 10 erstreckt.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 hat man 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 bei mehrfach-gefalteten Lasern wesentlich ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß man eine Anordnung mit jeder erforderlichen Anzahl von Abschnitten mehr als zwei einfach durch Weglassen von anderen Reflektoren und entsprechende Positionierung des Endreflektors erhalten kann. Somit hat man eine Standard-Konstruktion, die für einen ganzen Bereich von Lasern mit unterschiedlicher Ausgangsleistung eingesetzt werden kann.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform eines Lasers, bei dem das Prinzip nach Fig. 1 zur Anwendung kommt. 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 an Positionen, an denen Reflektoren erforderlich sind. Die Reflektoren 11, 12 und 14 sind am äußeren Rand des ringförmigen Trägers 10 angebracht.

In der Mitte des ringförmigen Trägers 10 ist ein hohler zylindrischer Verteiler 16 angeordnet. Jeder Abschnitt des Lasers, der sich zwischen zwei Reflektoren auf gegenüberliegenden Seiten des Trägers 10 erstreckt, verläuft durch den Verteiler 16, in dessen Wand entsprechende Öffnungen 17 ausgebildet sind. Zwei separate Erregereinrichtungen 18 in Form von Entladeröhren sind an jedem Laserabschnitt zwischen dem Träger 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 dargestellt, erstreckt sich jede Entladeröhre der Erregereinrichtung 18 zwischen dem äußeren Träger 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 Wärmeübertrager 23 ab, der die Wärme abführt, die durch die elektrische Entladung entsteht. Ein weiterer Wärmeübertrager 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 ist in der einfachen Konstruktion zu sehen, die einen stabilen Träger für alle Reflektoren des Lasers bereitstellt.

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

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 Abgabeleistungen 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 ringförmigen Träger 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 Reflektoren 14 um den ringförmigen Träger 10 angeordnet 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 geeignetste Form ist, kann der Träger auch eine andere, annähernd kreisförmige Form haben, z. B. wenn insgesamt sieben Reflektoren 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 Herstellungsgründen zweckmäßig ist. Die verschiedenen Reflektoren können gekrümmt oder eben oder auch dachförmig ausgebildet sein. Wenn einzelne sphärisch gekrümmte Reflektoren verwendet werden, wird der Faltungswinkel zwischen zwei benachbarten Abschnitten der optischen Bahn zweckmäßigerweise klein, z. B. unter 20°, gehalten.

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

Claims (13)

1. Mehrfach-gefalteter Laser mit einem optischen Hohlraum zwischen zwei Endreflektoren, und mit einer Mehrzahl von Paaren von Falt-Reflektoren, welche derart angeordnet sind, daß man eine kontinuierliche optische Bahn zwischen den beiden Endreflektoren durch sukzessive Reflektionen an den jeweiligen Falt-Reflektoren erhält, wobei jeder Teil der optischen Bahn zwischen einem Paar von Falt-Reflektoren einen Abschnitt des Lasers bildet, sowie mit einem aktiven Medium, welches einige oder alle Abschnitte ausfüllt, und mit Erregereinrichtungen zum Erzeugen einer Verstärkung in dem aktiven Medium, gekennzeichnet durch einen starren Träger (10), welcher im Querschnitt kreisförmig oder durch gerade Abschnitte als Vieleckform der Kreisform angenähert ist und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Reflektorhalteabschnitte hat, welche derart ausgebildet und angeordnet sind, daß aufeinanderfolgende Paare von Falt- oder Endreflektoren (11, 14) um eine zylindrische Fläche in etwa diametral gegenüberliegender Anordnung gehalten sind, und daß die Falt-Reflektoren (14) aufeinanderfolgend an wenigstens einigen der Reflektorhalteabschnitten angebracht sind, wobei jeder Abschnitt der kontinuierlichen optischen Bahn wenigstens einen anderen Abschnitt auf oder in der Nähe der Achse der zylindrischen Fläche schneidet, wobei die Abgabeleistung des Lasers nach Maßgabe des Vorsehens einer größeren oder kleineren Anzahl von Falt-Reflektoren an Reflektorhalteabschnitten variierbar ist.

2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endreflektoren (11, 12) und die Falt-Reflektoren (14) in einer Ebene liegen.

3. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endreflektoren (11, 12) und die Falt-Reflektoren (14) längs der optischen Bahn auf zwei separaten parallelen Ebenen liegen.

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

5. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregereinrichtung eine Mehrzahl von gesonderten Erregereinrichtungen (18) aufweist, wobei jeweils einer der Abschnitte mit wenigstens einer gesonderten Erregereinrichtung (18) versehen ist.

6. Laser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abschnitt des Lasers, welcher mit Erregereinrichtungen versehen ist, zwei gesonderte Erregereinrichtungen (18) hat.

7. Laser nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Erregereinrichtung (18) eine Anode (20) und eine Kathode (21) umfaßt.

8. Laser nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur einige der Abschnitte mit einer oder mehreren gesonderten Erregereinrichtungen (18) versehen sind.

9. Laser nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gesonderten Erregereinrichtungen (18) derart unabhängig steuerbar sind, daß selektiv nur einige der gesonderten Erregereinrichtungen aktivierbar sind.

10. Laser nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige aktive Medium durch die jeweiligen Erregereinrichtungen (18) strömt, und daß der Laser eine Pumpeinrichtung (22) zum Erzeugen des Gasstromes und einen Wärmeübertrager (23, 24) zum Abführen der aus der Laserwirkung resultierenden Wärme umfaßt.

11. Laser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede gesonderte Erregereinrichtung (18) mit einem zentralen Verteiler (16) verbunden ist, über welchen das gasförmige aktive Medium zu der Pumpeinrichtung (22) und dem Wärmeübertrager (23) strömt.

12. Laser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Verteiler (16) eine gemeinsame Elektrode für die Erregereinrichtungen (18) bildet.

13. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisförmige Träger (10) in Form eines hohlen Rohrs mit in Umfangsrichtung im Abstand angeordneten Öffnungen ausgebildet ist, welche jeweils einen Reflektorhalteabschnitt an einer radial außen liegenden Seite des Rohrs haben, wobei durch das Rohr das gasförmige aktive Medium in die jeweiligen Abschnitte des Lasers strömen kann.