DE4105677A1 - Transversal angeregter wellenleiterlaser - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen transversal angeregten Wellenleiterlaser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Laser ist aus der US-PS 47 61 787 bekannt. Der dort beschriebene Laser besitzt ein Laserrohr, welches aus vier Profilen zusammengesetzt ist.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, be­ steht darin, einen Laser nach dem Oberbegriff einfacher und ko­ stengünstiger zu gestalten. Diese Aufgabe wird durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Merkmale: Ausbildung des Entladungskanals in der Außenwand eines Profiles und Anbringung von Schultern angrenzend an die Wände des Entladungskanals und Anordnung der Anregungselektroden auf den Schultern des Profils ermöglichen einerseits die Einspa­ rung eines gesonderten Profiles zum Anbringen der Anregungselek­ troden und andererseits eine maßgenaue Begrenzung des Entladungs­ kanals, da infolge der kleinen Auflageflächen das Lot beim Ver­ löten in den Bereich der Schultern ausweichen kann und somit die Maßhaltigkeit nicht beeinträchtigt. Die Dimensionierung des Hohlraumes gibt die erforderliche Stabilität für den Entladungs­ kanal und ermöglicht den Einsatz von Strangpreß-Profilen. Dabei ist eine nachträgliche Bearbeitung dieser Profile nur noch im Entladungskanal selbst erforderlich, an alle anderen Teile der Profile werden keine besonderen Genauigkeitsanforderungen ge­ stellt. So ergibt sich eine erhebliche Einsparung gegenüber dem Stand der Technik.

Bei relativ großen Lasern empfiehlt es sich, daß als Kühlsystem bezogen auf die genannte Symmetrieebene spiegelsymmetrisch Kühl­ kanäle in das erste Profil integriert sind. Bei relativ kleinen Ausführungsformen kann es dagegen vorteilhafter sein, daß beide Profile des Laserresonators Hohlräume umschließen und daß die Hohlräume als Kühlkanäle dienen. Bei mäßigen Temperaturbelastun­ gen ist eine Ausführungsform vorteilhaft, in der als Kühlsystem ein Kühlkanal vorgesehen ist, welcher eine Symmetrie-Ebene auf­ weist, die mit einer Symmetrie-Ebene des Entladungskanals zusam­ menfällt. Eine einfache Ausgestaltung der Profile ist ermöglicht, wenn Kühlkanäle als Metallrohre ausgebildet und mit dem ersten Profil stoffschlüssig verbunden sind. Dabei können die Kühlkanä­ le beispielsweise auf die Metallisierung der Schultern aufgelötet sein und gleichzeitig als Spannungszuführung dienen.

Die beiden Profile des Laserrohres bestehen vorteilhaft aus Ker­ amik und sind mittels Glaslot miteinander vakuumdicht verbunden. Dabei reicht es in vielen Fällen aus, wenn das zweite Profil ein Rechteckprofil ist. Ein hochgradig symmetrischer Aufbau wird er­ reicht, indem das zweite Profil einen Hohlraum enthält, welcher eine Symmetrie-Ebene besitzt, die mit einer Symmetrie-Ebene des Entladungskanals zusammenfällt.

Die Erfindung ermöglicht auf vorteilhafte Weise einen Abgleich des Innenwiderstandes der Anordnung mittels Induktivitäten, indem die auf die Schultern aufgebrachten Metallschichten, welche gegen­ polige Anregungselektroden bilden, mit Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden sind, welche das erste Profil umrunden und in Längsrichtung des Entladungskanals voneinander beabstandet als Parallelinduktivitäten zwischen die beiden Elektroden geschaltet sind. Dabei kann durch eine beispielsweise mäanderförmige Gestal­ tung der Leiterbahnen ein gewünschter Wert der Induktivität ein­ gestellt sein.

In einer vorteilhaften Ausführungsform dient der Hohlraum im er­ sten und/oder zweiten Profil als Gasvorratsgefäß und ist mit dem Entladungskanal verbunden.

Zur Kosteneinsparung ist es vorteilhaft, wenn die Profile Strang­ preßprofile sind und wenn Begrenzungen des Entladungskanals durch spanabhebende Verformung gebildet sind. Hierzu wird bei­ spielsweise der Entladungskanal in das Profil eingefräst oder eingesägt.

Die Erfindung wird nun anhand von vier Figuren näher erläutert. Sie ist nicht auf die in den Figuren gezeigten Beispiele be­ schränkt.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Laserrohres in geschnittener Ansicht und

Fig. 2 eine Seitenansicht desselben Laserrohres in gebrochener Darstellung.

Fig. 3 und 4 zeigen weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Laserrohren in geschnittener Ansicht.

Ein Laserrohr eines Wellenleiterlasers, insbesondere eines CO₂- Wellenleiterlasers setzt sich aus Profilen 1 und 2 zusammen. Das Profil 1 umschließt einen Hohlraum 3, enthält Kühlkanäle 4 und bildet drei Seiten eines Entladungskanals 5. Metallschichten 6 und 7 sind auf Schultern 8 bzw. 9 des Profils 1 angeordnet und an den Außenwänden 10 des Entladungskanals 5 hochgezogen. Die Me­ tallschichten 6 bzw. 7 stellen gegenpolige Ansteuerelektroden des Lasers dar. Sie sind über Leiterbahnen 11 miteinander verbunden, welche Induktivitäten darstellen und beispielsweise mäanderförmig geformt sind. Vorteilhaft sind mehrere Leiterbahnen 11 über die Längsausdehnung des Entladungskanals 7 verteilt angeordnet und be­ stimmen dadurch die Homogenität der Anregung des Lasers.

Das zweite Profil 2 ist in der Darstellung der Fig. 1 noch nicht mit dem ersten Profil 1 stoffschlüssig verbunden. Hierzu sind Glaslotstreifen 12 vorgesehen, welche an die Außenwand 10 bzw. die daran hochgezogene Metallschicht 6 bzw. 7 anliegend angeord­ net sind und bei entsprechender Erwärmung die vakuumdichte Ver­ bindung zwischen den Profilen 1 und 2 herstellen. Das Profil 2 bildet mit einer Fläche 13 die vierte Wand des Wellenleiters. Es beinhaltet Kühlkanäle 14 und einen Hohlraum 15.

Die Kühlkanäle 4, 14 in den Profilen 1, 2 bilden ein Kühlsystem, welches zu einer Symmetrie-Ebene 24 des Entladungskanals spiegel­ symmetrisch angeordnet ist. Die Hohlräume 3, 15 in den Profilen 1, 2 erstrecken sich ebenfalls spiegelsymmetrisch zur Symmetrie- Ebene 24. So werden durch Temperaturänderungen im Entladungskanal bedingte mechanische Spannungen gleichmäßig verteilt und heben sich gegenseitig weitgehend auf.

Die Projektionen der Hohlräume 3 bzw. 15 auf die Ebene der Schul­ tern 8, 9 überdecken den Entladungskanal 5 und die Schultern 8 und 9 des Profiles 1. Dadurch ist eine hohe Stabilität und Ver­ zugsfreiheit der Profile 1 und 2 gewährleistet. Mechanische Span­ nungen infolge von Erwärmung werden auf die Umgebung des Entla­ dungskanals 5 beschränkt. Sie werden durch die symmetrisch zu diesem Entladungskanal und in dessen Nähe angeordneten Kühlkanä­ le 4 und 14 örtlich begrenzt und klein gehalten. Der Umfangsbe­ reich der Profile 1 und 2 wird von derartigen Spannungen freige­ halten und gewährleitstet eine hohe Stabilität der Strahllage des Lasers. Durch die vier Kühlkanäle dieser Ausführungsform ist eine effektive Wärmeabfuhr nach allen Seiten gewährleistet, eine hohe Laserenergie kann erreicht werden.

In der Ausführungsform der Fig. 3 ist ein erstes Profil 16 eines Kühlkanals annähernd rechteckförmig gestaltet und weist einen Kühlkanal 18 auf, der sich spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrie­ ebene 24 des Laserkanals erstreckt. Mit dieser Symmetrie-Ebene 24 fällt eine Symmetrie-Ebene eines Hohlraumes 19 zusammen, welcher ebenfalls rechteckförmig gestaltet ist und in seiner Projektion den Entladungskanal 5 überdeckt und die daran angrenzenden Me­ tallschichten 6 und 7 zumindest überlappt. Das zweite Profil 17 ist rechteckförmig und überdeckt den Entladungskanal 5. Die Küh­ lung durch den Kühlkanal 18 reicht für mäßige Laserleistungen aus. An das Profil 17 kann ein Metallstreifen 20 angrenzen, welcher zusätzlich zur Wärmeableitung dient. Diese Ausführungsform ist besonders wenig aufwendig und gewährleistet einen ausreichend richtungsstabilen Laserstrahl, insbesondere wenn der Kühlstrei­ fen 20 aus einem duktilen Metall besteht, also durch das relativ massiv ausgeführte Profil 1 bei Temperaturschwankungen gedehnt bzw. gestaucht wird, ohne daß das Profil 16 selbst eine störende Verformung erleidet.

In Fig. 4 ist ein erstes Profil 21 kreiszylinderförmig ausgeführt und umschließt einen relativ großen Hohlraum 23. Der Entladungs­ kanal 5 wird durch Kühlrohre 22 gekühlt, welche an den Metalli­ sierungen 6 bzw. 7 anliegen und mit diesen vorzugsweise verlötet sind. Die Kühlrohre 22 können Metallrohre sein, die wiederum vor­ teilhaft aus duktilem Metall bestehen und somit sich in ihrer Ausdehnung an das Profil 21 anpassen. Dies erfolgt um so leichter, je dünnwandiger die Rohre 22 ausgeführt sind.

Die Hohlräume 3, 15, 19, 23 aller drei Beispiele können als Kühl­ rohre eingesetzt werden, dann können weitere Kühlrohre entfallen. In vielen Fällen ist der Einsatz der Hohlräume als Vorratsbehäl­ ter für Lasergas besonders vorteilhaft. Hierzu sind die Hohlräume über einen oder mehrere nicht dargestellte Kanäle mit dem Entla­ dungskanal verbunden.

Die gezeigten Laserrohre sind in an sich bekannter Weise mit Stirnplatten abgeschlossen, die Durchtrittsöffnungen für den La­ serstrahl freilassen oder entsprechende Fenster für den Laser­ strahl besitzen und Anschlüsse für das Kühlmittel aufweisen.

Claims (11)

1. Transversalangeregter Wellenleiterlaser, welcher ein aus elek­ trisch nichtleitenden Profilen zusammengesetztes Laserrohr besitzt, in welchem ein aus miteinander verlöteten Profilen zusammengesetz­ ter Entladungskanal und ein spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrie­ ebene des Entladungskanals angeordnetes Kühlsystem und zumindest zwei Feldelektroden zur Anregung der Entladung enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei elektrisch nichtleitende Profile vorgesehen sind, daß ein erstes Profil einen Hohlraum umschließt, daß in dieses Profil eine Längsnut eingeformt ist, welche einen Teil des Entladungska­ nals bildet, daß an diese Längsnut angrenzend auf beiden Seiten des Entladungskanals im ersten Profil Schultern angrenzen, welche Wände des Entladungskanals hervorstehen lassen, daß auf diesen Schultern Metallschichten liegen, welche die Elektroden bilden, daß der Querschnitt des Hohlraumes im ersten Profil in seiner Projektion auf die Ebene der Schultern den Entladungskanal über­ deckt und die Schultern zumindest überlappt und eine Symmetrie- Ebene besitzt, die mit einer Symmetrie-Ebene des Entladungskanals zusammenfällt.

2. Wellenleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Kühlsystem bezogen auf die Symmetrie-Ebene spiegelsymmetrisch Kühlkanäle in das erste Pro­ fil integriert sind.

3. Wellenleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beide Profile des Laserrohres Hohlräume umschließen und daß die Hohlräume als Kühlsystem dienen.

4. Wellenleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Kühlkanal vorgesehen ist, welcher eine Symmetrie-Ebene aufweist, die mit einer Symmetrie- Ebene des Entladungskanals und mit einer Symmetrie-Ebene des Hohlraumes zusammenfällt.

5. Wellenleiterlaser nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kühlkanäle als Metallrohre aus­ gebildet und mit dem ersten Profil stoffschlüssig verbunden sind.

6. Wellenleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das zweite Profil des Laserrohrs ein Rechteckprofil ist.

7. Wellenleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Profile aus Keramik bestehen und mittels Glaslotes vakuumdicht miteinander verbunden sind.

8. Wellenleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das zweite Profil einen Hohlraum enthält, welcher ebenfalls eine Symmetrie-Ebene besitzt, die mit einer Symmetrie-Ebene des Entladungskanals zusammenfällt.

9. Wellenleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die auf die Schultern aufgebrach­ ten Metallschichten, welche gegenpolige Feldelektroden bilden, mit Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden sind, welche das erste Profil umrunden, als Induktivitäten ausgebildet sind und an einer oder mehr in Längsrichtung des Entladungskanals vorge­ sehenen Positionen als Parallelinduktivität zu den beiden Elek­ troden geschaltet sind.

10. Wellenleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Hohlraum im ersten und/oder zweiten Profil als Gasvorratsgefäß dient und mit dem Entladungs­ kanal verbunden ist.

11. Wellenleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Profile Strangpreßprofile sind und daß die Begrenzungen des Entladungskanals durch spanab­ hebende Verformung gebildet sind.