DE8633774U1

DE8633774U1 - Quer angeregter Wellenleiter-Laser

Info

Publication number: DE8633774U1
Application number: DE19868633774
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-12-17
Filing date: 1986-12-17
Publication date: 1988-06-23

Description

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Siemens Aktiengesellschaft VPA 86 P 1 8 7 2 DE

Quer angeregter Wellenleiter-Laser.

Die Erfindung betrifft einen quer angeregten Wellenleiter-Laser nach dem Oberbegriff des -e*t*o±f^Spruchs 1. Ein derartiger Laser ist aus der DE-OS 35 04 403 bekannt. Dort sind in gesonderten Nuten in einem Rechteckprofilstab aus Keramik ein Entladungskanal, auf beiden Seiten des Entladungskanals Elektroden und außerhalb der Elektroden Kühlkanäle untergebracht. Die Nuten sind mit einem Deckprofil mit rechteckigem Querschnitt abgedeckt. Dieser Aufbau ist für hohe Laserleistungen nur wenig geeignet, da die Kühlung des Entladungskanals auf einem relativ weiten Weg um die Elektroden herum erfolgen muß und dadurch ein hoher Temperaturgradient in der Keramik entsteht, und da der Aufbau bezogen auf den Entladungskanal thermisch unsymmetrisch ist und somit zu einem Verbiegen des Profiles und damit zu einer erheblichen Reduzierung der Laserleistung führen kann.

Die DE-OS 33 27 257 beschreibt einen quer angeregten Gaslaser mit einem Entladungskanal aus Keramik, an dessen Außenwand metallische Elektroden angebracht sind, in die Kühlkanäle eingeformt sind. Diese Ausführungsform ermöglicht keine vollständige Anpassung des Temperaturkoeffizienten zwischen Kühlkanal und Entladungskanal. Thermische Spannungen sind nicht vollständig zu vermeiden, da auch bei den optimal angepaßten Metallen die Anpassung nur für einen bestimmten Temperaturbereich gilt.

Die DE-PS 30 09 611 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Wellenleiter-Laserkörpers, bei dem eine Laserkapillare und mit dieser radial verbundene Hohlräume durch ein Strangpreßverfahren hergestellt sind. Die Hohlräume dienen als Vorratsbehälter für Lasergas. Die DE-PS 30 39 634 beschreibt dieselbe Form von Wellenleiter-Laserkörpern; die Laserkapillare und die Hohlräume sind jedoch im Flammspritzverfahren hergestellt. Nach

Mhs 1 Lk/16.12.1986
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dieser Patentschrift sollen die radial vom Entladungsraum beabstandeten Hohlräume unter anderem auch als Kühlkanäle eingesetzt werden. Die stranggepreQte Ausführungsform läßt sich allerdings nicht mit der für einen hohen Wirkungsgrad erforderlichen Präzision fertigen.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht in einer Erhöhung des Wirkungsgrades von Lasern auch bei hohen Laserleistungen. Diese Aufgabe wird bei einem Laser gemäß dem Oberbegriff des eanspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale gelöst. Die einzelnen Profile können in einfachen Vorrichtungen hergestellt werden und bei Bedarf ohne Schwierigkeiten auf Maß geschliffen werden. Dadurch läßt sich eine hohe Präzision in den mechanischen Abmessungen erreichen. Diese hohe Präzision bleibt auch nach dem Zusammenloten von erfindungsgemäß gestalteten Teilen erhalten, eine Verbiegung tritt auch bei Temperaturschwankungen nicht auf. Dies gilt insbesondere beim Verlöten der Profile mittels Glaslot, da hierfür nur geringe Löttemperaturen erforderlich sind. Der Zusammenbau aus einzelnen Profilteilen ermöglicht außevdem den Einsatz von Profilen, ' die im Bereich der Lotflächen besonders dünnwandig sind. Dadurch ergibt sich eine sehr geringe Wandstärke zwischen dem Entladungskanal und den angrenzenden Kühlkanälen. So läßt sich ein sehr kleiner Temperaturgradient, z.B. kleiner als 2*C in der Keramik auch bei hohen Laser-Pumpleistungsdichten realisieren, und damit der hohe Wirkungsgrad des Lasers erhalten.

Gut überschaubare Verhältnisse sind erreicht, wenn der Querschnitt des Entladungskanals achssymmetrisch ist. Dabei kann beispielsweise der Entladungskanal rechteckförmig oder quadratisch sein oder auch ein kissenförmig verzeichnetes Rechteck oder Quadrat darstellen, wie es im Stand der Technik empfohlen wird. Ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang ist jedoch stets dann realisierbar, wenn die dem Kühlkanal zugewandte Begrenz-ungsfläche des Entladungskanals und die dem Entladungskanal zugewandte Mantelfläche des Kühlkanals eben und zueinander pa-

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rallel sind und wenn der Querschnitt des Kuhlkanals zur Flächennormalen auf die entsprechende Begrenzungsfläche des Entladungskanals spiegelsymmetrisch ist.

Das Entladungsprofil setzt sich vorteilhaft aus einem Kanalteil und einem Abdeckteil zusammen, wobei das Kanalteil als Entladungskanal eine Nut enthält, wobei das Abdeckteil dieselbe Wandstärke besitzt wie der Boden unter der Nut und dieselbe Breite wie das Entladungsprofil und Ober der Nut angeordnet ist und wobei die beiden angrenzenden Kühlprofile aus untereinander gleichen StrangpreQprofilen gebildet sind.

Dabei ist vorteilhaft auf die Lotflächen des Entladungsprofils jeweils auf der vom Entladungskanal abgewandten Seite eine Leiterbahn, welche sich als Elektrode zu; Queranregung des Lasergases eignet, aufgebracht.

Ein besonders temperaturunempfindlicher Laser wird erreicht, indem alle Profile und die auf den Stab aufgelöteten Stirnplatten aus demselben Material bestehen und mittels Glaslot zusammengelötet sind. Die Stirnplatten sind im Bereich des Entladungskanals mit einer Ausnehmung versehen, wobei auf die Stirnplatten Spiegelträger aus Metall mit einem an den der Keramik angepaßten Temperaturkoeffizienten aufgelötet sind. Dies ermöglicht das Anbringen von justierbaren Spiegeln.

Die beiden Kuhlprofile sind vorteilhaft Rechteckprofile, die im Bereich ihrer Stirnflächen vom Kuhlkanal nach außen fuhrende Bohrungen besitzen, in deren Bereich Kuhlwasseranschlusse aufgelötet sind. Die Rechteckform erleichtert das lagegerechte Anbringen der Anschlüsse fur die Wasserkühlung, welche eine besonders gleichmäßige Einhaltung der Entladungstemperatur ermöglicht. Eine fur eine hohe Maßhaltigkeit ausreichend gleichmäßige KQhlung läßt sich erreichen, wenn der Querschnitt des Entladungskanals zwischen etwa Iqmm und 16qmm liegt. Ein vorteilhafter

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Temperaturgradient wird erreicht, wenn und die gesamte Wandstärke zwischen dem Entladungskanal und einem benachbarten Kuhlkanal nicht großer ist als die Ausdehnung des Entladungskanals in Richtung der Flächennormalen auf die Lotflächen des Entladungsprofils.

Als besonders vorteilhaftes Material hat sich fur alle Keramikteile eine A^O^-Keramik erwiesen,

Die Erfindung wird nun anhand einer Figur näher erläutert. Sie ist nicht auf das in der Figur gezeigte Beispiel beschränkt. Die Figur zeigt ein Schrägbild eines erfindungsgemäßen Wellenleiter-Lasers mit Einzeldarstellung der verschiedenen Teile (Explosionsbild).

Ein Kanalteil 1 enthält einen Entladungskanal in Form einer Nut 11. Die Nut 11 ist durch ein Abdeckteil 4 verschlossen, welches dieselbe Dicke hat wie der Boden 15 unter der Nut 11. Das Kanalteil 1 und das Abdeckteil 4 bilden ein Entladungsprofil. Das Abdeckteil 4 ist auf die Lötfläche 16 des Kanalteiles 1 mittels Glaslot aufgelotet. Auf die Lotfläche 17 des Abdeckteiles 4 und die Lotfläche 18 des Kanalteiles 1 ist jeweils ein Kuhlprofil 2 mit einer entsprechenden Lotfläche 7, 19 aufgelötet. Auf die Stirnseiten 5 der genannten Profile ist auf jeder Seite des Laserstabes eine Stirnplatte 6 aufgelötet, welche die Kuhlkanäle 12 und den Entladungskanal 11 vakuumdicht verschließt. Die beschriebenen Lötstellen sind mittels Glaslot durchgeführt.

Auf die Lötfläche 17 des Abdeckteils 4 und auf die Lötfläche 18 des Kanalteiles 1 ist jeweils eine Leiterbahn 8 aufgebracht, die zur Queranregung des Lasergases mittels Hochfrequenz geeignet ist. Die Leiterbahnen 8 sind vorzugsweise mittels Siebdruck aufgebracht. Sie sind Ober Ausnehmungen 20 in den Kuhlprofilen und 3 für eine Kontaktierung zugängig.
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Von den Kuhlkanälen 12 zu den äußeren Begrenzungsflächen der Profile 2 bzw. 3 verlaufen Bohrungen 21. Im Bereich der Bohrungen 21 sind Lotflächen 9 vorgesehen, auf die Wasseranschlüsse 10 aufgelotet sind.

Die Deckplatten 6 enthalten Ourchbrüche 22, welche den Entladungskanal 11 freilassen. Auf die Außenseiten der Stirnplatten 6 sind Spiegelhaiterungen 14 im Bereich von Lotzonen 13 aufgelotet»

Das Entladungsprofil 1 und die Kuhlprofile 2 und 3 und die Stirnplatten 6 bestehen vorzugsweise aus A^O^-Keramik und haben untereinander denselben Temperaturausdehnungskoeffizienten* Die Wasseranschlüsse 10 und die Spiegelhalterungen 14 bestehen vorzugsweise aus einem Metall mit angepaßtem Temperaturausdehnungskoeffizienten. Die Lotbereiche 9 und 13 können normale Metall-Keramik-Lotverbindungen beinhalten.

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Claims

&Iacgr; .--.6V &zgr;.;··;;··. vpa86P1872DE Patentansprüche

1. Quer angeregter Wellenleiter-Laser, welcher zumindest einen Entladungskanal und zwei zu diesem symmetrisch angeordnete Kühlkanäle enthalt, wobei die Kanäle in einem Stab aus vakuumgeeignetem Hochtemperatur-Isolierstoff untergebracht sind, wobei dieser Stab aus unterschiedlich profilierten Teilen zusammengesetzt ist, wobei die einzelnen Profile über ihre gesamte Längsausdehnung miteinander verlotet sind, wobei der Entladungskanal durch.eine Nut in einem der Profilteile gebildet ist und wobei die Nut und die Kuhlkanäle auf der Stirnseite des Stabes durch eine aufgelötete Stirnplatte abgeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab zumindest ein Entladungsprofil und zwei Kuhlprofile enthält, daß die drei Profile zumindest annähernd denselben Temperaturausdehnungskoeffizienten besitzen, daß das Entladungsprofil d&n Entladungskanal enthält und auf zwei einander gegenüber liegenden Seiten des Entladungskanals Lotflächen besitzt, daß auf diese beiden Lötflächen je ein Kuhlprofil aufgelotet ist, daß die Kühlprofile Kühlkanäle enthalten, deren dem Entladungskanal zugewandte Mantelflächen breitei sind als die senkrechte Projektion der zunächst liegenden Begrenzungsfläche des Entladungskanals auf die ihm zugewandte Mantelfläche des Kühlkanals.

2. Wellenleiter-Laser nach Anspruch l_r dadurch ge kennze lehnet, daß der Querschnitt des Entladungskanals rotationssymmetrisch ist.

3. Wellenleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kühlkanal zugewandte Begrenzungsfläche des Entladungskanals und die dem Entladungskanal zugewandte Mantelfläche des Kühlkanals eben unc*. zueinander parallel sind und daß der Querschnitt des Kühlkanals zur Flächennormalen auf die entsprechende Begrenzungsfläche des Entladungskanals spiegelsymmetrisch ist.

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4. Wellenleiter-Laser nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet» daß die Kuhlkanäle und der Entladungskanal einen rechteckfarmigen Querschnitt besitzen.

5. Wellenleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß das Entladungsprofi¹ sich aus einem Kanalteil und einem Abdeckteil zusammensetzt, daß das Kanalteil als Entladungskanal eine Nut enthält, daß das Abdeckteil dieselbe Wandstärke besitzt wie der Boden unter der Nut und dieselbe Breite wie das Kanalteil und über der Nut angeordnet ist und daß die beiden angrenzenden Kuhlprofile aus einander gleichen Strangpreßprofilen gebildet sind.

6. Wellenleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a durch gekennzeichnet, daß auf der Lotflächen des Entladungsprofils jeweils auf der vom Entladungskanal abgewandten Seite eine Leiterbahn, welche sich als Elektrode zur Queranregung des Lasergases eignet, aufgebracht ist.

7. Wellenleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Profile und die auf den Stab aufgelöteten Stirnplatten aus dem gleichen Material bestehen und mittels Glaslot zusammengelotet sind.

8. Wellenleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnplatten im Bereich des Entladungskanals je eine Ausnehmung besitzen und daß auf die Stirnplatten Spiegelträger aus Metall mit einem an den des Isolierstoffes angepaßten Temperaturausdehnungskoeffizienten aufgelotet sind.

9. Wellenleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden KQhI-profile Rechteckprofile sind, im Bereich ihrer Stirnflächen vom Kühlkanal nach außen führende Bohrungen besitzen und daß an diese Bohrungen anschließend Kuhlwasseranschlusse aufgelötet sind.

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10. Wellenleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungskanal einen Querschnitt von etwa lqmm bis 16qmm besitzt.

11. Wellenleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß die gesamte Wandstärke zwischen dem Entladungskanal und einem benachbarten Kühlkanal nicht größer ist als die Ausdehnung des Entladungskanaleit in Richtung der Flächennormalen auf die Lotflächen des Entladungsprofiles.

12. Wellenleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötflächen der Kühlprofile und des Entladungsprofiles eben geschliffen sind.

13. Wellenleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß alle Profile des Stabes aus Keramik bestehen.

14. Wellenleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile aus einem der Werkstoffe Al₂O₃, BN, ALN bestehen.

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