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Optimierte Kühlung für beidseitig gekühlte Hochleistungsscheibenlaser


Kurzfassung

Durch die Weiterentwicklung der Wärmespreizer konnte die Kontaktfläche zwischen Laser-Scheibe und Wärmespreizer optimiert werden. Dadurch kann ein wesentlicher Vorteil des Scheibenlasers, die bessere Kühlbarkeit des laseraktiven Materials, nochmals verbessert werden.


Hintergrund

Durch thermische Ausdehnung hervorgerufene Spannungen sind in Festkörperlasern eine Ursache für Verluste in der Strahlqualität. Eine effiziente Kühlung der Systeme ist daher essenziell.


Bilder & Videos


Problemstellung

Bei herkömmlichen Scheibenlasern werden die Laserscheiben nur von der Rückseite gekühlt. Die Laserscheibe wird dazu direkt auf die Wärmesenke geklebt. Diese Methode führt bereits zu einer sehr effizienten Kühlung der Laserscheibe; eine Optimierung mit dem symmetrischen Kühlkonzept kann den Aufbau aber noch leistungsfähiger und attraktiver machen.


Lösung

Als primäre Wärmespreizer liegen beidseitig sphärisch gekrümmte (plankonvexe) Diamantkörper an der Scheibe an. Über die rein mechanische Klemmung am Rand kann die Kontaktfläche klar definiert und über die Anpresskraft optimiert werden. Zur Zentrierung des Systems ist ein spezieller Kippmechanismus vorgesehen. Ein weiteres Paar Wärmespreizer liegt ringförmig im äußeren Bereich der Ersten an und stellt einen großflächigen Wärmeübergang zum Kühlsystem her.
Über die Anpassung des Krümmungsradius der primären Elemente können diese bei gleicher Effizienz in unterschiedlichen Dicken ausgeführt werden. Das ist insbesondere für gepulste Lasersysteme zur Begrenzung der nichtlinearen Phasenverschiebung von Bedeutung. Idealerweise wird der Laser im Transmissionsmodus betrieben, sodass vergleichsweise dünne Antireflex-Beschichtungen mit geringem Wärmewiderstand zum Einsatz kommen können. Die bei diesem System ins Gewicht fallende Depolarisation konnte bereits in einer weiteren Erfindung effizient und kostengünstig kompensiert werden (siehe 15/058TLB).


Vorteile

  • Minimierte Phasenstörungen
  • Verwendung von hochenergetischen Materialien
  • Verwendung von temperaturempfindlichen Materialien
  • Stark reduzierte thermische Spannungen
  • Bessere Leistungsausbeute und Strahlqualität

Anwendungsbereiche

Das an der Universität Stuttgart (IFSW) entwickelte Prinzip der Wärmespreizer-Geometrie für Scheibenlaser bietet aufgrund der erheblich geringeren Wärmebelastung die Möglichkeit, leistungsfähige Systeme deutlich kompakter zu gestalten. Das neue und noch effektiver gekühlte System ermöglicht nun auch den Einsatz von laseraktiven Materialien, die zuvor aufgrund ihrer spektroskopischen Eigenschaften nicht für die Scheiben-Konfiguration geeignet waren. Für bisher bereits verwendbare Materialien kann die Pumpleistung im neuen Aufbau nochmals gesteigert werden.


Service

Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.


Technologie-Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

Dr.-Ing. Michael Ott
+ 49 721 790 040
ott@tlb.de
www.tlb.de
Adresse
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe



Entwicklungsstand

Demonstrationsexemplar


Patentsituation

  • EP 3309913 A1 anhängig
  • US 2018/0219348 A1 anhängig

Stichworte

Festkörperlaser, Kühlanordnung, Konstruktion und Form, laseraktives Medium, Resonator, Scheibenlaser, Wärmespreizer, UKP (Ultrakurzpulslaser), Depolarisation, TiSa TD

Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsführerin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr