Integration von Diodenlasern in modulare Hochleistungs-Nd:YAG-Laser

Bonati, Guido; Poprawe, Reinhart

doi:24316

Integration von Diodenlasern in modulare Hochleistungs-Nd:YAG-Laser

Bonati, Guido (Author)

2001 & 2002

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Guido Bonati

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2001

UmfangGetr. Zählung : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2001

Prüfungsjahr: 2001. - Publikationsjahr: 2002

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Poprawe, Reinhart (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2001-06-25

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-3472
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/59971/files/02_086.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Maschinenwesen (400000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Physik (frei) ; Neodym-YAG-Laser (frei) ; Diodengepumpter Laser (frei) ; Hochleistungslaser (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
Bei allen Vorteilen weisen diodengepumpte Systeme hoher mittlerer Leistung im Vergleich zu lampengepumpten Systemen aus konstruktiver und thermo-mechanischer Sicht Nachteile auf. Während konventionelle Systeme pro Laserkopf in der Regel zwei Blitzlampen als Pumplichtquelle besitzen, müssen in diodengepumpten Systemen hoher mittlerer Ausgangsleistung bis zu 100 Diodenlaser pro Laserkopf elektrisch angesteuert und einzeln gekühlt werden. Jeder Diodenlaser kann dabei strömungstechnisch als einzelner Widerstand betrachtet werden. Bei einer Skalierung zu höheren Leistungen multipliziert sich die Anzahl der Bauelemente entsprechend der Anzahl der in Reihe geschalteten Laserköpfe. Bei transversal gepumpten Geometrien muss der Reflektor des weiteren eine Eintrittsöffnung für das Pumplicht aufweisen. Der Reflektor wird dadurch komplizierter im Aufbau oder mehrteilig. Die hohe Pumpleistungsdichte und die engere Bandbreite der Diodenlaser erfordern im Vergleich zu Blitzlampen eine höhere Effizienz der Stabkühlung Die vorliegende Arbeit entschärft die genannte Problematik durch die Betrachtung folgender Bereiche: Analyse der Integrationsmethodik von Diodenlasern in diodengepumpte Festkörperlaser hoher Leistung, im speziellen wird die Integration von Diodenlasern in transversal diodengepumpte Nd:YAG-Stablaser untersucht. Ermittlung der möglichen Strömungsgeometrien zur Bestimmung und Reduktion der sich ergebenden Strömungswiderstände. Untersuchung der Systematik des Wärmeübergangs vom Laserstab auf das Kühlmedium und Optimierung der Effizienz des Wärmeübergangs unter Beibehaltung bzw. Reduktion des Strömungswiderstands. Realisierung einer hohen Modularität der Laserköpfe zur Senkung der Kosten für die Produktion der Baugruppen, der Aufwendungen für den Service und der Komplexität der Logistik.

Diode pumped solid state laser are well known, due to their high average power compared to lamp pumped systems. Still, they show disadvantages by means of thermo mechanics and design complexity. Where lamp pumped rod systems got two pump lamps per high power head, the same rod has to be pumped using up to 100 high power diode lasers instead. All diode lasers have to to be cooled and electrically connected, while each diode laser can be observed as a single resistance in the flow system and the pressure drop item is even increasing in scaling power by using several laser heads in series. In transversally pumped laser heads another problem is in the need for an entrance window for the pump light. The reflector is getting more sophisticated or even separated in different parts, what suffers the efficiency of the reflector. Another item of diode pumped solid state rod lasers is the need for a more efficient rod cooling, due to the higher pumping efficiency. This thesis is solving most parts of items described by analyzing four main objectives: Integration principles of diode lasers into diode pumped solid state lasers are analyzed, especially the integration of diode lasers in transversally pumped Nd:YAG rod lasers. Analysis of the various cooling schemes to calculate their pressure drop and reduce the resistance in the assembly. Looking into the basics of laser rod cooling to increase the efficiency and reduce pressure drop in order to optimize cooling for the needs of diode pumped systems. Analysing and comparison of possible laser head designs, to reduce the number of parts by keeping or increasing modularity with the goal of reducing system costs and keeping maintenance costs low.

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