PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10243323A1 15.04.2004
Titel Optisch gepumpter Festkörperlaser
Anmelder arccure technologies GmbH, 59557 Lippstadt, DE
Erfinder Bisges, Michael, 59557 Lippstadt, DE
Vertreter Kohlmann, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 52078 Aachen
DE-Anmeldedatum 18.09.2002
DE-Aktenzeichen 10243323
Offenlegungstag 15.04.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.04.2004
IPC-Hauptklasse H01S 3/042
IPC-Nebenklasse H01S 3/093   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen optisch gepumpten Festkörperlaser, mit mindestens einem stabförmigen Lasermedium, das im Innenraum eines Gehäuses parallel zu mindestens einer stabförmigen Pumplichtquelle angeordnet ist, wobei die elektromagnetische Strahlung jeder Pumplichtquelle in die Arbeitsseitenfläche des Lasermediums eingekoppelt wird. Um die durch die Verlustwärme und deren Abfuhr auftretenden Probleme bei derartigen Lasern zu reduzieren und hohe spezifische Leistungen zu ermöglichen, wird eine Auftreffkühlung vorgeschlagen, die eine gleichmäßige Temperaturverteilung längs jeder Pumplichtquelle und/oder jedes Lasermediums gewährleistet. Eine weitere Lösung besteht darin, die schädlichen Auswirkungen der Verlustwärme auf die Laserkomponenten zu reduzieren und dadurch höhere Laserleistungen zu ermöglichen. Hierzu wird eine drehbare Anordnung des Lasermediums und/oder der Pumplichtquelle um ihre Längsachse vorgeschlagen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen optisch gepumpten Laser, mit mindestens einem eine Längsachse aufweisenden stabförmigen Lasermedium, das im Innenraum eines Gehäuses parallel zu mindestens einer stabförmigen Pumplichtquelle angeordnet ist, wobei die elektromagnetische Strahlung jeder Pumplichtquelle in die Arbeitsseitenfläche von mindestens einem Lasermedium eingekoppelt wird.

Laser finden Anwendung in der Materialbearbeitung, beispielsweise beim Schweißen, Schneiden, Bohren und Beschriften, in der Medizin, beispielsweise zum Schneiden und Abtragen von Gewebe sowie zur Erzeugung von Stoßwellen zur Zertrümmerung von Nieren- oder Gallensteinen. Des weiteren werden Laser in den verschiedensten Bereichen der Forschung eingesetzt.

Nach der Art des Lasermediums lassen sich Festkörperlaser, Halbleiterlaser, Flüssigkeitslaser sowie Gaslaser unterscheiden. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Festkörperlaser mit stabförmigem Lasermedium. Festkörperlaser werden optisch von einer intensiven Pumplichtquelle gepumpt. Meist werden dafür Xenon- oder Krypton-Blitzlampen sowie Quecksilber-Hochdrucklampen verwendet. Die wichtigsten Festkörper-Laser sind der Rubin-, der Neodym-YAG(Nd:YAG) und der Neodym-Glas-Laser. Das Pumpen bewirkt auf an sich bekannte Weise, dass die Atome in dem Lasermedium angeregt und in einen metastabilen Zustand gebracht werden, in welchem die Lasertätigkeit hervorgerufen wird.

Für einen optisch gepumpten Laser in Hochleistungs-Impulsbetrieb oder im Hochleistungs-Dauerbetrieb sind hochintensive Pumplichtquellen, die in der Lage sind, die erforderliche Menge an elektromagnetischer Strahlung zu erzeugen, lediglich in gerader, rohrförmiger Ausbildung verfügbar. Das Lasermedium ist in verschiedenen Konfigurationen verfügbar, wobei für die vorliegende Erfindung von einer stabförmigen Konfiguration ausgegangen wird.

Optisch gepumpte Laser unterscheidet man weiter nach der Richtung der Einkopplung des Pumplichts. Bei einem longitudinal gepumpten Laser wird das von der Pumplichtquelle erzeugte Pumplicht parallel oder zumindest annähernd parallel zu der Richtung des von dem Laser erzeugten Laserstrahls in den Resonator eingekoppelt, während bei den radial gepumpten Lasern das von der Pumplichtquelle erzeugte Pumplicht radial oder zumindest annähernd radial zur Längsachse des stabförmigen Lasermediums eingekoppelt wird. Hierzu wird die von der Pumplichtquelle emittierte elektromagnetische Strahlung so gelenkt, dass sie auf die Arbeitsseitenfläche des Lasermediums auftrifft.

Aus der DE 37 389 921 C2 ist ein optisch gepumpter Laser mit stabartigem Lasermedium bekannt, das im Innenraum eines innenverspiegelten hohlzylindrischen Gehäuses und parallel zu einer Gasentladungslampe angeordnet ist. Das Pumplicht trifft teilweise auf direktem Weg, teilweise über die Innenverspiegelung, auf die Arbeitsseitenfläche des Lasermediums, also zumindest teilweise radial zu dessen Längsachse, auf. Ein Problem bei derartigen Lasern besteht darin, dass etwa 50 der in die Pumplichtquelle eingekoppelten elektrischen Energie als Verlustwärme frei wird. Die wirksame Abfuhr der Abwärme ist für hohe Laserleistungen sowie die Haltbarkeit des Lasers von entscheidender Bedeutung. Eine ungleichmäßige Kühlung der Pumplichtquelle über ihre Länge kann thermische Veränderungen oder Gradienten innerhalb des Lasermediums hervorrufen. Diese thermischen Gradienten erzeugen Brechungseffekte in dem laseraktiven Medium, bekannt als Linseneffekte, die den Laserstrahl verzerren.

Aus der DE 695 07 434 T2 ist eine optisch gepumpte Laservorrichtung bekannt, die eine verbesserte Kühlstruktur für einen Laserstab aufweist. Die Kühlstruktur weist einen ringförmigen Kanal auf, der peripher um den Laserstab herum angeordnet ist. Um die Effizienz der Kühlung zu verbessern und gleichzeitig das Pumpen des Laserstabes nicht zu beeinträchtigen, ist die Kühlstruktur so ausgebildet, dass das Kühlmittel mit radialer Strömung auf den Laserstab auftrifft. Die Auftreffkühlung eliminiert die Probleme, die mit der axialen Strömung des Kühlmittels verbunden sind, da das Kühlmittel im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Laserstabes mit vielen, gleichförmig entlang des Stabes verteilten Jetstrahlen gerichtet wird. Die Gleichförmigkeit der Kühlung wird nicht durch einen Druckabfall beeinflusst, da der Druckabfall in sämtlichen Jet-Düsen, die längs des Laserstabes angeordnet sind, gleich ist. Bei axialer Strömung des Kühlmittels tritt indes ein Druckabfall über die Länge des Laserstabes auf, was eine ungleichmäßige Kühlung zur Folge hat. Der Aufbau der komplexen, den Laserstab umgebenden Kühlstruktur macht es jedoch erforderlich, dass das Licht longitudinal in den Laserstab eingekoppelt wird.

Aus der DE 37 24 022 A1 ist eine arbeitsseitig optisch gepumpte Laservorrichtung mit zwei parallel zueinander angeordneten Pumplichtquellen bekannt, deren Laserstab axial gekühlt ist. Hierzu strömt im Betrieb der Laservorrichtung ein flüssiges Kühlmittel über die Arbeitsseitenfläche des laseraktiven Mediums durch dafür vorgesehene Kühlmittelkanäle. Die rohrförmigen Pumplichtquellen sind im wesentlichen parallel zu den und in gleicher Ausdehnung wie die Arbeitsseitenflächen des laseraktiven Mediums angeordnet. Damit die elektromagnetische Strahlung, die durch die Pumplichtquellen emittiert wird, auf die Arbeitsseitenflächen des laseraktiven Mediums auftreffen können, sind die Kühlmittelkanäle aus optisch klarem Glas hergestellt. Die transparenten Kühlmittelkanäle ermöglichen zwar eine im wesentlichen radiale Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung von den parallel zum stabförmigen Lasermedium angeordneten Pumplichtquellen, machen jedoch den nachteiligen axialen Kühlmittelstrom erforderlich.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Laser der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem die durch die Verlustwärme und deren Abfuhr auftretenden Probleme reduziert sind und der hohe spezifische Leistungen ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, die arbeitsseitige Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung mit einer Kühlung zu verbinden, die eine gleichmäßige Temperaturverteilung längs jeder Pumplichtquelle und/oder des Lasermediums gewährleistet. Ein anderer Lösungsgedanke besteht darin, die schädlichen Auswirkungen der Verlustwärme auf die Laserkomponenten zu reduzieren und dadurch höhere Laserleistungen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird beim optisch gepumpten Laser der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass mindestens eine, vorzugsweise jedoch jede Pumplichtquelle und/oder mindestens ein, vorzugsweise jedoch jedes Lasermedium zwischen einer Zuführung und einem Abzug für ein Kühlgas angeordnet sind, wobei sich die Zuführung und der Abzug auf entgegengesetzten Längsseiten der Pumplichtquelle und/oder des Lasermediums befinden.

Vorzugsweise sind sowohl jede Pumplichtquelle als auch jedes Lasermedium zwischen einer Zuführung und einem Abzug für das Kühlgas angeordnet.

Indem jede Zuführung und jeder Abzug jeweils mindestens eine sich in Richtung der Längsachse des stabförmigen Lasermediums und/oder jeder stabförmigen Pumplichtquelle, vorzugsweise über deren gesamte Länge erstreckende Kühlgasöffnung aufweisen, wird eine gleichmäßige Kühlung jeder Pumplichtquelle und/oder des Lasermediums erreicht.

Die verbesserte Kühlung jedes Lasermediums und/oder jeder Pumplichtquelle ermöglichen Pumpleistungen von bis zu 1 KW je cm Lampenlänge.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umgibt mindestens eine Gegenfläche teilweise das stabförmige Lasermedium und/oder die stabförmige Pumplichtquelle unter Ausbildung eines sich in Richtung des Abzuges verjüngenden Spaltes. Der sich verjüngende Spalt erhöht die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases vom Eintritt in den Spalt bis zum Eintritt in den Abzug. Die Geschwindigkeitszunahme verhindert, dass sich die Strömung von der Pumplichtquelle und/oder dem Lasermedium ablöst (laminare Strömung) und stellt damit sicher, dass auch die der Zuführung abgewandte Seite der Pumplichtquelle und/oder des Lasermediums ständig vom Kühlgas überstrichen wird.

Eine besonders effektive und gleichmäßige Kühlung für die langgestreckte Pumplichtquelle und/oder das Lasermedium zeichnet sich dadurch aus, dass die Zuführung und/oder der Abzug jeweils einen in der Kühlgasöffnung angeordneten Strömungswiderstand aufweisen. Der Strömungswiderstand vergleichmässigt den Über- bzw. Unterdruck über die gesamte Länge der Pumplichtquelle bzw. des Lasermediums. Technisch kann der Strömungswiderstand beispielsweise durch ein Sieb realisiert werden, das einen der Zuführung bzw. dem Abzug des Kühlgases dienenden Kanal von dem Innenraum des Gehäuses des Lasers trennt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Zuführung und/oder der Abzug, insbesondere in Form eines Kanals, integraler Bestandteil einer langgestreckten Barriere sein, die den direkten Strahlengang von der Pumplichtquelle auf das stabförmige Lasermedium zumindest teilweise ausblendet. In Verbindung mit einem Reflektor, der jede Pumplichtquelle und das Lasermedium umgibt, ist es damit möglich, eine direkte Bestrahlung der Pumplichtquelle auf das Lasermedium auszuschalten.

Sofern eine Barriere zwischen Pumplichtquelle und Lasermedium vorgesehen ist, kann deren Oberfläche zur Ausbildung des sich verjüngenden Spaltes genutzt werden, der die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases erhöht. Dies setzt voraus, dass der Abzug in die Barriere integriert ist.

Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, die Zufuhr, insbesondere einen oder mehrere Zuführungskanäle für das Kühlgas in die Barriere zu integrieren und den Abzug auf der gegenüberliegenden Seite der Pumplichtquelle und/oder des Lasermediums anzuordnen.

Die Pumplichtquellen sind derart gestaltet, dass die vom Glas absorbierte Energie durch freie Konvektion und durch Strahlung abgegeben wird. Ein Gleichgewicht zwischen der absorbierten und der abgegebenen Energiemenge würde sich bei einer Temperatur des Glaskörpers der Pumplichtquelle von etwa 800° C einstellen. In der Praxis behindern aber die Reflektoren in dem Gehäuse des Lasers diesen Zustand. Es kommt zu Reflexionen von Wärmestrahlungen und teilweise sogar zu Hitzestaus in der Nähe der Pumplichtquelle. Die starke Wärmebelastung in Kombination mit einer kritischen Baulänge der Pumplichtquelle bewirken, dass sich die Pumplichtquellen aber auch das Lasermedium mit der Schwerkraft verformen. Aufgrund dessen ist die Baubreite von gattungsgemäßen Lasern begrenzt. Außerdem führen die thermisch bedingten Verformungen zu einem vorzeitigen Verschleiß von Pumplichtquelle und Lasermedium.

Um größere Baulängen eines Laser ohne die schädlichen Verformungen der Pumplichtquellen und/oder des Lasermediums zu ermöglichen, wird in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Pumplichtquelle und/oder das Lasermedium um seine Längsachse drehbar angeordnet ist.

Die Drehung der Pumplichtquelle und/oder des Lasermediums gleicht den Einfluss der Schwerkraft auf die wärmebedingten Kriechvorgänge im Material aus. Bei freier Konvektion ist die Temperatur an der Oberseite der Pumplichtquelle und/oder des Lasermediums höher als an der Unterseite, da die Oberseite durch die nach oben strömende Luft stärker erwärmt wird. Indem die Pumplichtquelle und/oder das Lasermedium gedreht wird, kann der Laser bei insgesamt höherer spezifischer Leistung betrieben werden, da stets wechselnde Bereiche den höchsten Temperaturen ausgesetzt sind. Hieraus resultiert eine vergleichmässigte Oberflächentemperatur über den Umfang der Pumplichtquelle und/oder des Lasermediums. Die Kombination aus laminarer Strömung des Kühlgases und Drehung der Pumplichtquelle und/oder des Lasermediums ermöglicht eine Reduzierung des erforderlichen Kühlgasvolumenstromes etwa um den Faktor 10 gegenüber herkömmlichen Systemen.

Um Beschädigungen des regelmäßig aus Glas bestehenden Körpers der Pumplichtquelle und/oder des Lasermediums zu vermeiden, werden die beiden Enden von Pumplichtquelle und/oder Lasermedium in einer drehbar gelagerten Aufnahme gehalten, und mindestens eine der beiden Aufnahmen ist mit einem Antrieb verbunden. Sind beide Aufnahmen mit einem Antrieb verbunden, lässt sich eine Torsion des Laserstabs und/oder der Pumplichtquelle durch das Antriebsmoment weitgehend verhindern. Der Antrieb für die Drehung kann beispielsweise pneumatisch, elektrisch oder auch manuell erfolgen. In Versuchen hat sich jedoch herausgestellt, dass es bei Pumplichtquellen bis etwa 2 m Länge genügt, wenn der Antrieb lediglich an einem Ende angreift.

Insbesondere bei lediglich in einer vorgegebenen Richtung drehenden Pumplichtquelle sowie zur weiteren Reduzierung des Lampenverschleißes ist es vorteilhaft, die für deren Betrieb erforderliche Energie kontaktlos zuzuführen, beispielsweise über elektromagnetische Strahlung (Mikrowellenanregung). Soll die Energie herkömmlich zugeführt werden, können Schleifringe eingesetzt werden.

Bei Drehung der Pumplichtquelle mit regelmäßiger Richtungsänderung kann die elektrische Energie jedoch auch über flexible Kabel zugeführt werden, vorausgesetzt, die Drehwinkel in entgegengesetzter Richtung halten sich die Waage.

Wird die Drehrichtung der Pumplichtquelle und/oder des Lasermediums jeweils nach einer Teildrehung der Strahlungsquelle um mindestens 180° geändert, so erfährt jeder Punkt des Körpers der Pumplichtquelle und/der des Lasermediums die angreifende Schwerkraft einmal als positiven und einmal als negativen Kraftvektor in annähernd gleicher Größe. Die bei einer langsamen Drehung auftretenden Verformungen stellen sich aufgrund dieser Betriebsweise wieder zurück. Vorteilhafte Drehzahlen liegen im Bereich von 0,1 bis 0,2 r/s.

Um die Verformung im Gleichgewicht zu halten, sollte die Drehzahl nach dem Anfahren konstant gehalten werden. Dadurch wird gewährleistet, dass jeder Punkt des Körpers der Pumplichtquelle und/oder des Lasermediums für die gleiche Dauer derselben Schwerkraft sowohl in negativer als auch in positiver Richtung ausgesetzt wird.

Sind die Reflektoren in dem Gehäuse des Lasers sowie gegebenenfalls an der Barriere als dichroitische Spiegel ausgebildet, die zugleich die Funktion eines Lichtfilters übernehmen, können mittels der Barriere sowie der Reflektoren gezielt ausschließlich die zur Anregung des Lasermediums notwendigen elektromagnetischen Strahlungen reflektiert werden, während die nicht erforderlichen Wellenlängen, insbesondere im Infrarotbereich, von den teildurchlässigen Reflektoren ausgefiltert und an das vorzugsweise gekühlte Gehäuse des Lasers und gegebenenfalls die Barriere abgegeben werden.

Wenn das hohlzylindrische Gehäuse einen elliptischen Querschnitt aufweist, der senkrecht zur Längsachse des stabförmigen Lasermediums sowie der Längsachse jeder Pumplichtquelle steht, lässt sich der Wirkungsgrad steigern und damit die thermische Belastung des Lasers senken, wenn das Gehäuse zumindest teilweise innenverspiegelt ist und die Oberfläche des stabförmigen Lasermediums sowie die Oberfläche jeder stabförmigen Pumplichtquelle in den Brennpunkten des Spiegels, insbesondere der Innenverspiegelung des elliptischen Gehäuses angeordnet sind.

Wenn in der Barriere Durchgänge für ein Kühlmedium, insbesondere Wasser, vorgesehen sind, lässt sich deren thermische Beanspruchung wirksam reduzieren. Die Durchgänge für ein Kühlmedium tragen zur Rückkühlung eines als Umlaufkühlung geführten Kühlgasstromes bei.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Laser.

1 zeigt ein Gehäuse 1, in dem ein stabförmiges Lasermedium 2 und eine Pumplichtquelle 3 achsparallel zueinander angeordnet sind. Die in die Bildebene weisenden Längsachsen von Lasermedium 2 und Pumplichtquelle 3 sind in der Zeichnung durch die Positionen 4, 5 gekennzeichnet. Der vollständig innenverspiegelte Innenraum des Gehäuses 1 hat einen elliptischem Querschnitt, wobei die Querschnittsfläche senkrecht zu den Längsachsen 4, 5 steht. Die Längsachse 4 des Lasermediums 2 sowie die Längsachse 5 der Pumplichtquelle 3 sind in den Brennpunkten der elliptischen Innenverspiegelung angeordnet. Durch die Anordnung in den Brennpunkten steht das von der Pumplichtquelle 3 emittierte Pumplicht nahezu vollständig zum Pumpen des Lasermediums 2 zur Verfügung. Der Strahlengang von der Pumplichtquelle 3 auf die Arbeitsseite des Lasermediums 2 ist durch die Pfeile 7a–d angedeutet.

Zwischen der Pumplichtquelle 3 und dem Lasermedium 2 befindet sich eine langgestreckte Barriere 8, die den direkten Strahlengang von der Pumplichtquelle 3 auf das Lasermedium 2 vollständig ausblendet.

In der sich zumindest über die gesamte Länge der Pumplichtquelle 3 und des Lasermediums 2 erstreckenden Barriere 8 ist ein zentraler Abzugskanal 9 angeordnet, der stirnseitig mit einem in der Figur nicht dargestellten Unterdruckerzeuger, beispielsweise einem Gebläse, verbunden ist. Der Abzugskanal 9 weist zwei sich in Richtung der Längsachsen des Lasermediums 2 und der Pumplichtquelle 3 erstreckende Kühlgasöffnungen 11, 12 auf. Die der Pumplichtquelle 3 zugeordnete Kühlgasöffnung 11 mündet in einer konkaven Fläche 13 an der Längsseite der Barriere 8 mit einem gegenüber der im Querschnitt kreisrunden Pumplichtquelle 3 größeren Krümmungsradius. Die dem Lasermedium 2 zugeordnete Kühlgasöffnung 12 mündet ebenfalls in einer konkaven Fläche 14 mit einem gegenüber dem im Querschnitt runden Lasermedium 2 größeren Krümmungsradius.

Auf den den Kühlgasöffnungen 11, 12 entgegengesetzten Längsseiten der Pumplichtquelle 3 einerseits und des Lasermediums 2 andererseits befindet sich jeweils eine weitere, über die gesamte Länge von Pumplichtquelle 3 und Lasermedium 2 erstreckende Kühlgasöffnung 15, 16 in dem Gehäuse 1. Die Kühlgasöffnungen 15, 16 dienen der Zufuhr von Kühlgas, das im gezeigten Ausführungsbeispiel aus der Atmosphäre angesaugt wird. Abweichend hiervon ist es selbstverständlich möglich, das Kühlgas in einem den Abzugskanal 9 enthaltenden Kreislauf zu führen, der einen Wärmetauscher zur Rückkühlung des abgesaugten Kühlgases aufweist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Kühlgas über die Kühlgasöffnungen 15 und 16 unter erhöhtem Druck und gegebenenfalls vorgekühlt zuzuführen, ohne dass ein Kreislauf zwischen Kühlgaszufuhr und Kühlgasabzug besteht.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel umgeben die an den Längsseiten der Barriere angeordneten konkaven Flächen 13, 14 das stabförmige Lasermedium 2 bzw. die stabförmige Pumplichtquelle 3 unter Ausbildung eines sich in Richtung der Kühlgasöffnungen 11, 12 verjüngenden Spaltes. Der sich verjüngende Spalt bewirkt aufgrund der Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit, dass sich der Kühlgasstrom nicht von der Oberfläche der Pumplichtquelle 3 bzw. des Lasermediums 2 ablöst.

Eine weitere Reduzierung der thermischen Belastung des Lasermediums 2 und der Pumplichtquelle 3 wird dadurch erreicht, dass sowohl das Lasermedium als auch die Pumplichtquelle um ihre Längsachsen 4, 5 drehbar in dem Gehäuse 1 des Lasers angeordnet sind. Der Antrieb für die Drehung erfolgt über in der Zeichnung nicht dargestellte Antriebe und Getriebe. Die durch die Pfeile 18, 19 in der Figur angedeutete Drehrichtung des Lasermediums 2 und der Pumplichtquelle 3 ist mittels einer nicht dargestellten, an sich bekannten Umkehrsteuerung änderbar. Die Drehrichtung wird vorzugsweise jeweils nach einer Teildrehung um mindestens 180° geändert.

Im Zusammenwirken mit der Barriere 8 sowie dem Kühlgasstrom wird bei dem erfindungsgemäßen Laser wirksam eine Überhitzung des Lasermediums 2 und der Pumplichtquelle 3 auch bei hohen Leistungen verhindert. Die Barriere verhindert lokale Überhitzungen durch die Direkteinstrahlung des Pumplichts auf das Lasermedium 2, währen die Kühlung in Verbindung mit der Drehung von Pumplichtquelle 3 und Lasermedium 2 eine größere Baubreite des Lasers bei gleichzeitig höherer spezifischer Leistung bezogen auf die Länge des Lasers ermöglichen. Eine weitere Reduzierung der Wärmebelastung des Lasers bewirken die in den Eckbereichen des Gehäuses, achsparallel zu der Pumplichtquelle und dem Lasermedium verlaufenden Durchgänge 17 für ein Kühlmittel, insbesondere Wasser.

1 Gehäuse 2 Lasermedium 3 Pumplichtquelle 4 Längsachse 5 Längsachse 6 Innenwand 7 Strahlengang 8 Barriere 9 Abzugskanal 10 11 Kühlgasöffnung 12 Kühlgasöffnung 13 Fläche 14 Fläche 15 Kühlgasöffnung 16 Kühlgasöffnung 17 Durchgang 18 Drehrichtung Lasermedium 19 Drehrichtung Pumplichtquelle

Anspruch[de]
  1. Optisch gepumpter Laser, mit mindestens einem eine Längsachse aufweisenden stabförmigen Lasermedium, wobei jedes Lasermedium im Innenraum eines Gehäuses parallel zu mindestens einer stabförmigen Pumplichtquelle angeordnet ist, wobei die elektromagnetische Strahlung jeder Pumplichtquelle in die Arbeitsseitenfläche von mindestens einem Lasermedium eingekoppelt wird, dadurch gekennzeich net, dass jede Pumplichtquelle (3) und/oder jedes Lasermedium (2) zwischen einer Zuführung und einem Abzug für ein Kühlgas angeordnet sind, wobei sich die Zuführung und der Abzug auf entgegengesetzten Längsseiten der Pumplichtquelle (3) und/oder des Lasermediums (2) befinden.
  2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung und der Abzug jeweils mindestens eine sich in Richtung der Längsachse (4,5) des stabförmigen Lasermediums (2) und/oder der stabförmigen Pumplichtquelle (3), vorzugsweise über deren Länge, erstreckende Kühlgasöffnung (11, 12) aufweisen.
  3. Laser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Gegenfläche (13, 14) das stabförmige Lasermedium (2) und/oder die stabförmige Pumplichtquelle (3) unter Ausbildung eines sich in Richtung des Abzuges verjüngenden Spaltes teilweise umgibt.
  4. Laser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kühlgasöffnung (11, 12, 15, 16) der Zuführung und/oder des Abzugs jeweils ein Strömungswiderstand angeordnet ist, der den Innenraum des Gehäuses (1) von der Zuführung bzw. dem Abzug trennt.
  5. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zuführung und/oder ein Abzug integraler Bestandteil einer langgestreckten Barriere (8) ist, die den direkten Strahlengang (7) von der Pumplichtquelle (3) auf das Lasermedium (2) zumindest teilweise ausblendet.
  6. Laser nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gegenfläche (13, 14) zur Ausbildung des sich verjüngenden Spaltes von der Oberfläche der Barriere (8) gebildet wird.
  7. Optisch gepumpter Laser, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit mindestens einem eine Längsachse aufweisenden stabförmigen Lasermedium, das im Innenraum eines Gehäuses parallel zu mindestens einer stabförmigen Pumplichtquelle angeordnet ist, wobei die elektromagnetische Strahlung jeder Pumplichtquelle in die Arbeitsseitenfläche von mindestens einem Lasermedium eingekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindesten ein stabförmiges Lasermedium (2) um seine Längsachse (4) drehbar angeordnet und/oder mindestens eine Pumplichtquelle (3) um ihre Längsachse (5) drehbar angeordnet ist.
  8. Laser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Enden des drehbaren Lasermediums (2) und/oder der drehbaren Pumplichtquelle (3) jeweils in einer drehbaren Aufnahme gehalten werden und mindestens eine der beiden Aufnahmen jeder Pumplichtquelle und/oder des Lasermediums mit einem Antrieb verbunden ist.
  9. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest jede drehbare Pumplichtquelle (3) Mittel zur kontaktlosen Zufuhr der für ihren Betrieb erforderlichen Energie aufweist.
  10. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Reflektor, insbesondere ein dichroitischer einen Lichtfilter aufweisender Reflektor, jede Pumplichtquelle (3) und jedes Lasermedium (2) umgibt.
  11. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Reflektor, insbesondere ein dichroitischer einen Lichtfilter aufweisender Reflektor, an jeder Barriere angeordnet ist.
  12. Laser nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeder Pumplichtquelle (3) und jedem Lasermedium (2) eine langgestreckte Barriere (8) angeordnet ist, die den direkten Strahlengang (7) von der Pumplichtquelle (3) auf das Lasermedium (2) zumindest teilweise ausblendet.
  13. Laser nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Barriere (8) Durchgänge für ein Kühlmedium vorgesehen sind.
  14. Laser nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1) Durchgänge (17) für ein Kühlmedium vorgesehen sind.
  15. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung jeder Pumplichtquelle (3) zumindest teilweise über mindestens einen im Innenraum des Gehäuses (1) angeordneten Reflektoren in das stabförmige Lasermedium (2) eingekoppelt wird.
  16. Laser nach einem der Ansprüche 1–15, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische Gehäuse (1) einen elliptischen Querschnitt aufweist, wobei die Querschnittsfläche senkrecht zur Längsachse (4) jedes stabförmigen Lasermediums sowie der Längsachse (5) jeder stabförmigen Pumplichtquelle steht.
  17. Laser nach einem der Ansprüche 1–16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) zumindest teilweise innenverspiegelt ist und die Oberfläche mindestens eines stabförmigen Lasermediums (2) sowie die Oberfläche mindestens einer stabförmigen Pumplichtquelle (3) in Brennpunkten des Spiegels angeordnet sind.
  18. Verfahren zum Betrieb des Lasers nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung mindestens eines Lasermediums und/oder mindestens einer Pumplichtquelle in zeitlichen Abständen richtungsgeändert und/oder unterbrochen wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung jeweils nach einer Teildrehung um mindestens 180° geändert wird.
  20. Verfahren zum Betrieb des Lasers nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lasermedium und/oder mindestens eine Pumplichtquelle ständig in einer vorgegebenen Richtung gedreht wird.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Lasermedium und/oder jede Pumplichtquelle eine konstante Drehzahl i im Bereich von 0,1 bis 0,2 r/s gewählt wird.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com