DE9102651U1 - Heiße Laserpumpkammer - Google Patents
Heiße LaserpumpkammerInfo
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Description
Die Neuerung betrifft eine heisse Laserpumpkammer nach dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
Gas-, Flüssigkeits- und Festkörper-Laser finden heute ein breites Anwendungsspektrum in der Materialbearbeitung, der Meßtechnik,
der Nachrichtentechnik und der Medizintechnik. Festkörperlaser, wie der bekannte Nd:YAG-Laser, nehmen dabei eine Sonderstellung
ein, da sie äußerst zuverlässig, leicht zu bedienen und sehr kompakt aufzubauen sind. Außerdem verwenden sie keine
toxischen Flüssigkeiten oder agressive Gase als Verstärkermedium und sind vor allem für den humanen medizinischen Einsatz
besonders geeignet.
Die meisten der bekannten Festkörper-Lasermaterialien, wie beispielsweise
Nd:YAG, müssen gekühlt werden, da nur ein sehr geringer Bruchteil der zugeführten Pumpenergie in verwertbare
Laserstrahlung transformiert wird. Nahezu die gesamte Pumpenergie muß deshalb über Kühlmittelflüssigkeiten einem Wärmetauschersystem
zugeführt werden, das die Verlustleistung des Systems über einen Austausch mit Wasser oder Luft abführt und
so eine Abnahme der Laserleistung durch thermische Effekte verhindert.
Einige neue Festkörper-Lasermaterialien, wie beispielsweise Alexandrit (ein mit Chrom-Ionen dotierter Chrysoberyl), zeigen jedoch ein genau entgegengesetztes Verhalten: ihr Laser-Wirkungsgrad wird bei Temperaturerhöhung vergrößert. Aus der Gebrauchsmuster-Schrift G 89 10 588.5 ist ein Laserkopf bekannt, der zwei Heiz-/Kühl-Kreisläufe verwendet. Zum Heizen bzw. Kühlen des Lasermaterials wird Luft verwendet. Da Luft, im Vergleich zu Wasser, ein schlechter Wärmeleiter ist, muß zur Heizung bzw. Kühlung des Laserstabes jedoch bei dieser Methode ein sehr großer Luftdurchsatz erfolgen. Dies führt bei den engen geometrischen Verhältnissen in den Laserkopfkanälen zu einem starken Druckabfall und damit zu einem schlechten Heiz-, bzw. Kühl-Wirkungsgrad und zu instabilen Laserbetriebsbedingungen.
Einige neue Festkörper-Lasermaterialien, wie beispielsweise Alexandrit (ein mit Chrom-Ionen dotierter Chrysoberyl), zeigen jedoch ein genau entgegengesetztes Verhalten: ihr Laser-Wirkungsgrad wird bei Temperaturerhöhung vergrößert. Aus der Gebrauchsmuster-Schrift G 89 10 588.5 ist ein Laserkopf bekannt, der zwei Heiz-/Kühl-Kreisläufe verwendet. Zum Heizen bzw. Kühlen des Lasermaterials wird Luft verwendet. Da Luft, im Vergleich zu Wasser, ein schlechter Wärmeleiter ist, muß zur Heizung bzw. Kühlung des Laserstabes jedoch bei dieser Methode ein sehr großer Luftdurchsatz erfolgen. Dies führt bei den engen geometrischen Verhältnissen in den Laserkopfkanälen zu einem starken Druckabfall und damit zu einem schlechten Heiz-, bzw. Kühl-Wirkungsgrad und zu instabilen Laserbetriebsbedingungen.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine heisse, ther -
misch isolierte Laserpumpkammer zu schaffen, die keine Luft oder Wasser als Heiz- oder Kühlmittel verwendet und die notwendigen
Laserstab-Temperaturen innerhalb eines engen Toleranzbereichs einhalten kann. Der Aufbau der Pumpkammer ist aber
gleichzeitig einfach und kompakt.
Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen
des Oberbegriffs gelöst.
Durch zusätzliche, das Mittelteil der heissen, wärmeisolierten Pumpkammer in spiralenförmiger Weise umgebenden Kühlkanäle,
die mit einem Kühlmittel durchflossen werden, kann die Temperatur der Pumpkammer und damit des aktiven Lasermaterials zusätzlich
geregelt werden.
Neuerungsgemäß ist das Kühl-, bzw. Heizmittel zur Kühlung bzw. Erwärmung des Festkörper-Lasermaterials und/oder der Pumpenergie
erzeugenden Lichtquelle der Laserpumpkammer ein perfluoriertes Fluid mit dem Handelsnamen GALDEN. Dabei handelt es
sich um wärmeleitende und wärmeübertragende Fluide aus Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht und der Struktur von perfluorierten
Polyethern. Diese Fluide sind klare, farblose und geruchslose Flüssigkeiten mit hoher Oxidations- und Temperaturbeständigkeit,
besitzen geringe Oberflächenspannungen, keine Selbstentzündungstemperatur, keine Toxizität, sind biologisch
inert und besitzen hohe Siedetemperaturen mit Werten bis zu 270 0C.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
Die Neuerung ist in der Zeichnung 1 und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
35Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch die neuerungsgemäße heisse Laserpumpkammer
,
Fig. 2 eine Ansicht entsprechend der Schnittlinie A-A und
Fig. 3 den prinzipiellen Verlauf des äußeren Kühlkreislaufs im
Laserpumpkammer-Gehäuse·
5
5
In Fig. 1 ist eine heisse Laserpumpkammer im Querschnitt dargestellt.
Sie enthält in ihrem Mittelteil 1 senkrechte Bohrungen 15, die in spiralenförmiger Weise das Mittelteil 1 umgeben,
einen gemeinsamen Kühlmittelzufluß 26 besitzen und getrennte Kühlmittelabflüsse 27 und 28 aufweisen (Fig. 3). Innerhalb
des Mittelteils 1 laufen die Teilflüsse 29 und 30 in getrennten Kühlkanälen mit unterschiedlichen Laufrichtungen.
Die Kühlkanäle 15 umschließen das Mittelteil 1 vollständig. Innerhalb des Mittelteils 1 befindet sich ein optisch transparentes
Glasteil 2 aus Duranglas oder Saphir mit optisch transparenten Längsbohrungen zur Aufnahme einer inkohärenten
Lichtquelle 3, beispielsweise einer Xenon-Blitzlampe mit Cerdotiertem
Glasmantel, und eines Laserstabes 4, beispielsweise eines Alexandrit-Laserstabes. Beide Wandseiten 5 der Durchgangsbohrungen
im Glasteil 2 für den Laserstab 4 sind leicht angeschrägt, um eine laminare Strömung der Heiz- oder Kühlflüssigkeit
zu erreichen. Der Querschnitt des Glaskörpers 2 ist kreisförmig oder elliptisch, und mit einem Reflektormaterial
12 (z.B. Silber) beschichtet, bzw. mit einer Schicht aus Bariumsulfat hinterfüllt. Der Glaskörper 2, die Lichtquelle 3
und der Laserstab 4 werden durch einen linken (6) und rechten (7) Pumpkammerdeckel gehalten und zentriert. Der linke und der
rechte Pumpkammerdeckel enthält Kanäle 8, 9, 10 und 11 zur Heiz-, bzw. Kühlmittelzufuhr bzw. -abfuhr. Das Heiz-, bzw.
Kühlmittel in diesen Kanälen ist ein perfluoriertes Fluid mit
dem Handelsnamen GALDEN.
Der Laserstab 4 wird mit einer Hülse 13 beidseitig jeweils durch eine linke (14) und rechte (16) Endstückplatte geklemmt
und mit Dichtringen 17 gegen das Heiz-, bzw. Kühlmittel GAL-DEN abgedichtet. Die Abdichtung des Reflektormaterials 12 gegenüber
GALDEN erfolgt ebenfalls durch Dichtungen 18. In der linken und rechten Endstückplatte, die als ein Stück oder getrennt
für die Lichtquelle 3 und den Laserstab 4 ausgeführt sein kann, befinden sich getrennte Durchgangsbohrungen 19 für
die Lichtquelle 3 und Durchgangsbohrungen 20 für den Laser stab 4 zum freien Austritt der Fluoreszenzstrahlung des Laserstabes.
Der elektrodenseitige Glaskörper 21 der Lichtquelle 3 wird ebenfalls mit Dichtungen beidseitig abgedichtet. Der
Durchfluß von GALDEN in den beiden Durchgangsbohrungen des Glasteils 2 erfolgt entweder parallel oder seriell, d.h. entweder
werden Lichtquelle 3 und Laserstab 4 in derselben Richtung gleichzeitig oder in entgegengesetzten Richtungen nacheinander
von der Heiz-, bzw. Kühlmittelflüssigkeit GALDEN umspült. Die Temperaturregelung erfolgt extern über einen Wärmetauscher
und einer Heizeinheit. Je nach erforderlicher Temperatur des Laserstabes 4 wird mit Hilfe einer Oder-Schaltung in
einem Verteilersystem die Flüssigkeit zusätzlich erwärmt oder die Verlustwärme der Lichtquelle 3 durch Luftkühlung dem Kreislaufsystem
entzogen. Eine weitere Heiz-, bzw. Kühlmöglichkeit ergibt sich durch die Bohrungen 15 des Mittelteils 1, getrennt
vom GALDEN-Systern. Je nach Temperaturerfordernis kann dieses Kühl-, bzw. Heizmittel Wasser oder ebenfalls GALDEN sein. Die
gesamte heisse Laserpumpkammer ist durch eine thermische Isolationsplatte
22 (Fig. 2) gegen Wärmeabfuhr an das Lasergehäuse geschützt. Die heisse Laserpumpkammer ist mit Dichtungen
und 24 gegenüber der Isolationsplatte 22, bzw. dem Laserpumpkammer-Deckel 25 abgedichtet.
Die neuerungsgemäße Ausbildung kann auch ohne einen Glaskörper 2, nur mit einem zylindrischen Reflektor aus gesintertem Bariumsulfat oder aus silberbeschichtetem Material, vorzugsweise Metall, erzielt werden. Die Lichtquelle 3 und der Laserstab 4 befinden sich dann in getrennten Glaszylindern, die die Kühl-, bzw. Heizmittelflußkanäle darstellen.
Die neuerungsgemäße Ausbildung kann auch ohne einen Glaskörper 2, nur mit einem zylindrischen Reflektor aus gesintertem Bariumsulfat oder aus silberbeschichtetem Material, vorzugsweise Metall, erzielt werden. Die Lichtquelle 3 und der Laserstab 4 befinden sich dann in getrennten Glaszylindern, die die Kühl-, bzw. Heizmittelflußkanäle darstellen.
Claims (12)
1. Heisse Laserpumpkammer mit mindestens einer Lichtquelle und einem Laserstab, die beide innerhalb eines Reflektorkörpers
angeordnet sind, mit zwei voneinander getrennten Heiz- / Kühlkreisläufen zum Heizen / Kühlen des Laserstabes und der
Lichtquelle und/oder zum Heizen/Kühlen des Reflektorkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster
Heiz/Kühlkreislauf vorgesehen ist, der von einer Heiz/Kühlmittelflüssigkeit
durchflossen wird, die die Lichtquelle (3) und den Laserstab (4) in derselben Richtung gleichzeitig
oder in entgegengesetzten Richtungen nacheinander umspült, und daß ein zweiter Heiz-/Kühlkreislauf vorgesehen ist, der
das Mittelteil (1) mit dem Reflektorkörper in spiralenförmiger Weise umgibt, mit einem gemeinsamen Heiz/Kühlmittelzufluß
(26) und getrennten Heiz-/Kühlmittelabflüssen (27, 28), die nicht mit dem ersten Heiz-/Kühlkreislauf verbunden
sind, der einen voneinander getrennten Heiz-/Kühlmittelzufluß und -abfluß besitzt.
2. Heisse Laserpumpkammer nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet,
daß der Reflektorkörper (2) aus Duranglas oder Saphir mit optisch transparenten Längsbohrungen zur Auf nähme
einer Lichtquelle (3) und eines Laserstabes (4) ausgebildet ist, und daß der Reflektorkörper (2) für den Laserstab
(4) eine optisch transparente Längsbohrung enthält, die an beiden Seiten eine leicht angeschrägte Form aufweist.
3. Heisse Laserpumpkammer nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet,
daß der Querschnitt des Reflektorkörpers (2) kreisförmig oder elliptisch ausgebildet ist, und daß der
Reflektorkörper (2) mit einer Silberschicht außen beschichtet oder mit Bariumsulfat hinterfüllt ist.
4. Heisse Laserpumpkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektorkörper (2), die
Lichtquelle (3) und der Laserstab (4) durch einen linken (6) und einen rechten (7) Pumpkammerdeckel gehalten und
zentriert werden, und daß der linke (6) und rechte (7)
Pumpkammerdeckel Kanäle zur Heiz-/Kühlmittelzufuhr bzw.
-abfuhr enthält.
5. Heisse Laserpumpkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Heiz-/Kühlmittel, das die Lichtquelle (3) und den Laserstab (4) umspült, ein optisch
transparentes perfluoriertes Fluid mit dem Handelsnamen GALDEN ist, oder daß eine farblose Flüssigkeit mit dem
Handelsnamen Ultra-Therm 200 SNS verwendet wird.
6. Heisse Laserpumpkammer nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet,
daß als optisch transparentes Fluid mit dem Handelsnamen GALDEN die Standardtypen D05, D03, D02, DOl, HT
135, HT 200, HT 230, HT 250 oder HT 270 Verwendung finden.
7. Heisse Laserpumpkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verteilersystem für die
Heiz-/Kühlmittelflüssigkeit GALDEN mit einer ODER-Schaltung so ausgestattet ist, daß je nach erforderlicher Temperatur
des Laserstabes (4) die Flüssigkeit zusätzlich durch eine Heizeinheit erwärmt oder durch einen Wärmetauscher die überschüssige
Energie der Lichtquelle (3) an die Umgebungsluft abgegeben wird.
8. Heisse Laserpumpkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für den zweiten Heiz-/Kühlkreislauf
im Mittelteil (1) der Laserpumpkammer ebenfalls ein perfluoriertes Fluid mit dem Handelsnamen GALDEN oder eine
farblose Flüssigkeit mit dem Handelsnamen Ultra-Therm 200 SNS verwendet wird.
9. Heisse Laserpumpkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserpumpkammer mit einer
thermischen Isolationsplatte (22) aus Kunststoff oder Keramik gegenüber Wärmeabfuhr an das Lasergehäuse geschützt ist.
10. Heisse Laserpumpkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Laserpumpkammer
von einem wärmeisolierenden Gehäuse aus Kunststoff- oder
Keramikmaterial hermetisch so umgeben ist, daß lediglich Strahlung des Laserstabes (4) austreten kann.
11. Heisse Laserpumpkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektorkörper (2) aus
einem gesintertem Bariumsulfatkörper oder aus einem silberbeschichtetem Metallkörper besteht.
12. Heisse Laserpumpkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstab (4) ein Alexandrit
(Chrom-dotierter Chrysoberyl)-Laserstab ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9102651U DE9102651U1 (de) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | Heiße Laserpumpkammer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9102651U DE9102651U1 (de) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | Heiße Laserpumpkammer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9102651U1 true DE9102651U1 (de) | 1991-05-23 |
Family
ID=6864951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9102651U Expired - Lifetime DE9102651U1 (de) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | Heiße Laserpumpkammer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9102651U1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4303956A1 (de) * | 1993-02-10 | 1994-08-11 | Wolfgang Deutscher | Laser |
-
1991
- 1991-03-06 DE DE9102651U patent/DE9102651U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4303956A1 (de) * | 1993-02-10 | 1994-08-11 | Wolfgang Deutscher | Laser |
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