DE9314336U1

DE9314336U1 - Bandleiterlaser mit Wärmeleitblech

Info

Publication number: DE9314336U1
Application number: DE9314336U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 1995-01-26
Anticipated expiration: 2003-09-23

Description

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Siemens Aktiengesellschaft

Bandleiterlaser mit Wärmeleitblech
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Die Erfindung betrifft einen hochfrequenzangeregten diffusionsgekühlten Bandleiterlaser mit zwei mit ersten Mitteln zur Kühlung und mit zweiten Mitteln zur gegenseitigen Fixierung versehenen Metallelektroden, einer unteren Masse- und einer oberen HF-Elektrode, zwischen denen ein Entladungsspalt gebildet ist, mit einem instabilen Resonator und mit einem aus einer ersten und zweiten Stirnplatte und einer damit vakuumdicht verbundenen Außenwand zusammengesetzten Gehäuse.

Ein derartiger Bandleiterlaser ist beispielsweise in den älteren deutschen Patentanmeldungen mit den Nummern 92114862.3 bzw. 92114861.5 beschrieben, die hiermit in die Offenbarung einbezogen werden.

Die Konstruktion eines diffusionsgekühlten CO2-Hochleistungslasers in ungefalteter Kompaktbauweise ist erst seit wenigen Jahren prinzipiell möglich. Inzwischen sind beispielsweise aus dem Artikel von R. Nowack et al, "Laser und Optoelektronik", 23 (3)/1991, die Grundlagen eines Bandleiterlasers bekannt, dessen Entladungsraum in Weiterentwicklung der bekannten Wellenleiterlaser keinen quadratischen Querschnitt aufweist, sondern der auf flächenhaften, zur Seite hin offenen Wellenleiterstrukturen basiert. Die Kombination eines derartigen, quasi eindimensionalen Wellenleiters mit einem instabilen Resonator in orthogonaler Richtung ermöglicht dabei eine beugungsbegrenzte Grundmode-Laser-

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Strahlung. Bei diesem Bandleiterkonzept wird die durch die Plasmaentladung entstehende Wärme großflächig von den eng benachbarten Elektroden aufgenommen, von wo sie dann mit Hilfe einer strömenden Kühlflüssigkeit abgeführt wird. Es ist deshalb nicht mehr notwendig, daß Lasergas selbst mit einem besonderen Kühlkreislauf durch den Entladungsraum zu pumpen.

Konstruktive Basis des neuen Bandleiterlaserkonzepts ist üblicherweise ein aus einer ersten und zweiten Stirnplatte und einer damit vakuumdicht verbundenen Außenwand zusammengesetztes Gehäuse, das das Elektroden-Paar und den Gasvorrat enthält, wobei die Masseelektrode mit der ersten Stirnplatte fest verbunden ist. Aufgrund der zwischen den Elektroden-Platten brennenden Gasentladung strömt unvermeidbar erhitztes Gas auch in das Gasvolumen außerhalb des EntladungsspaI-tes, wobei es insbesondere von dessen Rand aus nach oben steigt. Dies hat zur Folge, daß das Lasergehäuse insbesondere einseitig, an den bei Einbau des Lasers in normaler Lage oberen, der HF-Elektrode zugewandten Teilen der Außenwand, erwärmt wird. Die aus der thermischen Unsymmetrie resultierende Durchbiegung des Lasergehäuses kann die Resonatorspiegeljustierung selbst dann beeinflussen, wenn die Spiegel über Stabilisierungselemente, beispielsweise Invarstangen, verbunden sind, da auch diese Stabilisierungselemente selbst im allgemeinen mit dem Lasergehäuse verbunden sind. Die mechanische Verformung erfolgt quer zur optischen Achse, während die Stabilisierungsstangen nur in Längsrichtung des Lasers stabilisierend wirken können. Die Durchbiegung des Lasergehäuses gefährdet jedoch nicht nur die SpiegelJustierung, da aufgrund der hohen mechanischen Spannungen im Gesamtaufbau auch die für eine hohe Leistungs-

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abgabe des Lasers unabdingbare gegenseitige Lagegenauigkeit der beiden Elektroden in Mitleidenschaft gezogen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bandleiterlaser der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die zuvor geschilderte Problematik ohne aufwendige Eingriffe in den konstruktiven Aufbau des Lasers entschärft ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Entladungsspalt im wesentlichen über seine gesamte Länge hinweg von einem im wesentlichen rohrförmigen, die Außenwand mindestens teilweise abschirmenden Wärmeleitblech umgeben ist, das höchstens an Befestigungspunkten mit den Gehäusen in Berührung steht, sonst aber von diesem beabstandet ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiden Figuren der Zeichnung, die schematisch und geschnitten zwei Ausführungen gemäß der Erfindung zeigen, näher erläutert.

Die Erfindung beruht darauf, daß durch das Wärmeleitblech die konvektive Wärmeübertragung vom Bereich des Entladungsspaltes hin zur Außenwandung verhindert werden kann. Das Wärmeleitblech wirkt zusätzlich thermisch isolierend, indem es die nicht-konvektive Wärmeübertragung behindert.

In FIG 1 ist ein innenzylinderartig im Lasergehäuse angeordnetes Wärmeleitblech dargestellt, das mit der unteren Masseelektrode mechanisch und thermisch verbunden ist. Da die Masseelektrode wassergekühlt ist, erfolgt bei dieser Ausführung eine vorteilhafte zusätzliche Kühlung des Gases. Das

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Wärmeleitblech ist, von Befestigungspunkten abgesehen, allseitig vom Lasergehäuse beabstandet. Es kann, wie in FIG 1 angedeutet, an diesen Befestigungspunkten beispielsweise mittels Abstandshaltern oder mittels Ausbiegungen des Wärmeleitbleches selbst befestigt sein.

Das im wesentlichen rohrförmige, jedenfalls den wärmegefährdeten oberen Teil der Außenwand des Lasergehäuses abschirmende Wärmeleitblech erstreckt sich vorteilhafterweise nur bis auf einen Spalt bis zu den Stirnplatten des Gehäuses.

Dadurch werden einerseits mechanische Wechselwirkungen durch die Wärmeausdehnung des Wärmeleitbleches selbst vermieden. Andererseits ist eine mögliche, restliche Gasströmung an den Stirnseiten des Lasers zwischen Wärmeleitblech und Lasergehäuse nicht störend, da die entsprechende Wärmezufuhr bereits über die natürliche Kühlung des Lasergehäuses abgeführt wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das Wärmeleitblech leicht vorgespannt ist und durch Einspannen in der im wesentlichen zylindrischen Außenwand des Lasergehäuses befestigt ist, ist in FIG 2 dargestellt. Das Wärmeleitblech ist in diesem Falle federnd gehalten.

Erfindungsgemäß kann das Wärmeleitblech vorteilhaft sehr dünn ausgeführt sein, insbesondere kann es dünner als 1 mm sein. Das Wärmeleitblech kann alternativ oder zusätzlich zu einer Außenkühlung des Lasergehäuses, die beispielsweise als eine um die im wesentlichen zylindrische Außenwand gewickelte Kühlschlange ausgeführt sein kann, eingesetzt werden.

Claims

B 1 6 5 7 DE Schutzansprüche

1. Hochfrequenzangeregter diffusionsgekühlter Bandleiterlaser mit zwei mit ersten Mitteln zur Kühlung und mit zweiten Mitteln zur gegenseitigen Fixierung versehenen Metallelektroden, einer unteren Masse- und einer oberen HF-Elektrode, zwischen denen ein Entladungsspalt gebildet ist, mit einem instabilen Resonator und mit einem aus einer ersten und zweiten Stirnplatte und einer damit vakuumdicht verbundenen Außenwand zusammengesetzten Gehäuse,

dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsspalt im wesentlichen über seine gesamte Länge hinweg von einem im wesentlichen rohrförmigen, die Außenwand mindestens teilweise abschirmenden Wärmeleitblech umgeben ist, das höchstens an Befestigungspunkten mit dem Gehäuse in Verbindung steht, sonst aber von diesem beabstandet ist.

2. Bandleiterlaser nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitblech dünner als 1 mm ist.

3. Bandleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitblech in wärmeleitender Weise an der unteren gekühlten Masseelektrode befestigt ist.

4. Bandleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitblech leicht vorgespannt ist und durch Einspannen in der im wesentlichen zylindrischen Außenwand des Gehäuses befestigt ist.

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5. Bandleiterlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen zylindrische Außenwand des Gehäuses zusätzlich, insbesondere mittels einer Kühlschlange gekühlt ist.