CZ307066B6 - A clamping system for nonlinear optical elements controlled by an electric field - Google Patents

Abstract

Upínací systém pro nelineární optické prvky (1) řízené elektrickým polem v provedení pro Pockelsovu celu je tvořen spodním a horním chladičem (5) opatřeným chladicím kanálkem (7) a přívodem chladicího média (9) pro odvod tepla mimo sestavu, přičemž tyto chladiče (5) jsou spolu s elektrodami (2) řízeně přitlačovány k optickému prvku (1) pružným elementem (10) se stavitelným předpětím (13) a zároveň jsou tyto spojovací prvky (12) odděleny izolačními prvky (11) a přívody napětí (3) jsou odděleny izolačními kryty (4) od ostatních součástí především adaptéru (14), který umožňuje začlenit celou sestavu do dalšího systému.Clamping system for non-linear optical elements (1) controlled the electric field for Pockels' cell is formed by the lower and upper coolers (5) provided cooling channel (7) and coolant supply (9) for heat dissipation outside the assembly, with these coolers (5) they are pressed together with the electrodes (2) in a controlled manner to the optical element (1) by a spring element (10) adjustable bias (13) and at the same time they are connecting the elements (12) are separated by insulating elements (11) and inlets the voltages (3) are separated by insulating covers (4) from the others especially the adapter (14), which allows integrate the entire assembly into another system.

Description

Oblast technikyTechnical field

Uvedený vynález se týká konstrukce upínacího systému pro nelineární optické prvky řízené elektrickým polem, zejména Pockelsovy cely. Vynález umožňuje odvod tepla kapalným nebo plynným médiem. Respektuje změnu objemu optického prvku, způsobeného účinky teploty a frekvence laserového svazku.The present invention relates to the construction of a clamping system for non-linear optical elements controlled by an electric field, in particular a Pockels cell. The invention allows heat dissipation through a liquid or gaseous medium. It respects the change in the volume of the optical element caused by the effects of temperature and frequency of the laser beam.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Není známo upínací zařízení se stabilizací teploty optického prvku, které umožňuje pružné upnutí nelineárního optického prvku s ohledem na účinky teploty a frekvence laserového svazku.There is no known fixture with temperature stabilization of the optical element which allows flexible clamping of the non-linear optical element with respect to the effects of temperature and frequency of the laser beam.

Nejbližším stavem techniky pro dané řešení jsou buď bez chlazení a tudíž nevhodná pro vysoké výkony laseru, nebojsou chlazena Peltierovým Článkem tak, jak je popsáno v patentové přihlášce WO2010058315, která, mimo jiné, přináší jiné technické efekty, jako jsou nedostatečná stabilita, přidané el-mag. pole, nutný odvod tepla.The closest prior art for a given solution is either uncooled and therefore unsuitable for high laser power, or is not cooled by a Peltier cell as described in patent application WO2010058315 which, among other things, brings other technical effects, such as insufficient stability, mag. heat dissipation.

US2003072335 popisuje technické řešení, kde upínací zařízení je zároveň nelineární optické médium. Pro toto technické řešení bude při změně optického prostředí nutné vytvořit i nové upínací zařízení. Řešení neumožňuje upnutí optického prvku ve tvaru hranolu různých rozměrů a dále neumožňuje eliminaci teplotních a frekvenčních účinků laserového svazku. Dále je zanášen prvek rotace jako zdroj vibrací na optický stůl.US2003072335 describes a technical solution wherein the clamping device is also a non-linear optical medium. For this technical solution it will be necessary to create a new clamping device when changing the optical environment. The solution does not allow to clamp the optical element in the shape of prisms of different dimensions and furthermore does not allow to eliminate the temperature and frequency effects of the laser beam. Furthermore, the rotation element is introduced as a source of vibration on the optical table.

US2015016480 popisuje řešení upínání Pockelsovy cely pro optický prvek válcového tvaru. Pro použití optického prvku ve tvaru hranolu není vhodné. Řešení neumožňuje upnutí optického prvku různých rozměrů, neumožňuje eliminaci teplotních a frekvenčních účinků laserového svazku.US2015016480 discloses a Pockels cell clamping solution for a cylindrical optical element. It is not suitable for the use of a prism-shaped optical element. The solution does not allow clamping of the optical element of different dimensions, it does not allow to eliminate the thermal and frequency effects of the laser beam.

Řízené temperování není řešeno ani v patentové přihlášce US2004165625. V tomto dokumentu se řeší pouze odvod tepla.Controlled tempering is not solved even in patent application US2004165625. Only heat dissipation is addressed in this document.

Patent US4749842 popisuje řešení pro řízené temperování, ale jen pro fixní upevnění optického elementu pomocí pájky.US4749842 describes a solution for controlled tempering, but only for fixed fixing of the optical element by solder.

W02007110342, řeší podobnou situaci, ale vyžaduje náročnou tekutou fázi, do které se nelineární prvek ponořuje a vzhledem k různým fyzikálním vlastnostem optických prvků je nekomfortní a může dojít až k jejich destrukci.WO2007110342 solves a similar situation but requires a demanding liquid phase into which the non-linear element sinks and, due to the different physical properties of the optical elements, is uncomfortable and can be destroyed.

US5905747 neumožňuje kontrolu teploty a eliminaci frekvenčních účinků laserového svazku.US5905747 does not allow temperature control and elimination of the frequency effects of the laser beam.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Předkládaný vynález řeší upnutí optického prvku, který je umístěn v elektrickém polije zároveň chlazen pomocí chladicího média a je zároveň pružně sevřen ve stabilní poloze.The present invention solves the clamping of an optical element which is located in the electric field at the same time cooled by means of a cooling medium and at the same time resiliently clamped in a stable position.

Upínací systém umožňuje variabilní změnu rozměru optických prvků, umožňuje stabilizaci teploty, změnu rozměrů elektrod a kompatibilitu s běžně dostupnými komerčními upevňovacími systémy.The clamping system allows variable dimensioning of optical elements, allows temperature stabilization, electrode dimensioning, and compatibility with commercially available fastening systems.

Optický prvek se průchodem laserového svazku zahřívá. Elektrody vytvářející elektrické pole odvádějí svou hmotou teplo z optického prvku do chladiče. Chladičem protéká chladicí médium a odvádí teplo mimo soustavu. Chladiče jsou spolu s elektrodami pritlačovány k optickému prvku nastavitelným pružným elementem. Tímto jsou eliminovány nežádoucí účinky teploty a frekvence laserového svazku.The optical element is heated by passing the laser beam. The electrodes generating the electric field transfer heat from the optical element to the heat sink by their mass. The coolant flows through the condenser and dissipates heat outside the system. The heatsinks, together with the electrodes, are pressed against the optical element by an adjustable spring element. This eliminates the undesirable effects of temperature and frequency of the laser beam.

Ve výhodném provedení je použitajako chladicí médium voda.In a preferred embodiment, water is used as the cooling medium.

V dalším výhodném provedení je použito keramického chladiče, který zvyšuje dielektrickou pevnost celého upínacího systému a umožňuje činnost při vyšším elektrickém napětí.In another preferred embodiment, a ceramic heat sink is used which increases the dielectric strength of the entire clamping system and allows operation at a higher electrical voltage.

V dalším výhodném provedení jsou elektrody takového tvaru, aby nedocházelo k lokální koncentraci elektrického náboje a následnému jiskření mezi elektrodami.In a further preferred embodiment, the electrodes are shaped to avoid local concentration of electric charge and subsequent sparking between the electrodes.

V dalším výhodném provedení jsou mechanické spojovací prvky odděleny od okolí keramickými prvky. Toto zvyšuje dielektrickou pevnost celého upínacího systému.In another preferred embodiment, the mechanical fasteners are separated from the surroundings by ceramic elements. This increases the dielectric strength of the entire clamping system.

V dalším výhodném provedení jsou přívody napětí izolovány od okolí izolačními kryty. Toto zvyšuje dielektrickou pevnost celého upínacího systému.In another preferred embodiment, the voltage leads are isolated from the surroundings by insulating covers. This increases the dielectric strength of the entire clamping system.

V dalším výhodném provedení elektrody jiného tvaru a rozměru umožňují upnutí optického prvku jiného tvaru a rozměru.In another preferred embodiment, the electrodes of another shape and size allow the optical element of another shape and size to be clamped.

V dalším výhodném provedení je přenos tepla mezi materiály s různou kvalitou povrchu řešen pomocí indiové fólie a teplovodivé pasty.In a further preferred embodiment, the heat transfer between materials with different surface quality is solved by means of indium foil and a thermal conductive paste.

V dalším výhodném provedení lze nevyužít elektrické přívody a upínací systém použít pro upnutí a chlazení jiného optického prvku např. difrakční mřížky.In a further preferred embodiment, the electrical leads may not be used and the clamping system may be used to clamp and cool another optical element, such as a diffraction grating.

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresů a příkladů provedení, které nesmí být interpretovány jako omezení nárokovaného rozsahu.The invention will be further elucidated by means of drawings and exemplary embodiments, which should not be construed as limiting the scope claimed.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Obr. 1 představuje příčný řez vedený středem elektrod.Giant. 1 is a cross-section through the center of the electrodes.

Obr. 2 představuje příčný řez vedený středem jednoho z chladicích kanálků. Obr. 3 představuje příčný řez vedený středem šroubového spojení.Giant. 2 is a cross-section through the center of one of the cooling channels. Giant. 3 is a cross-section through the center of the screw connection.

Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Příklad 1Example 1

Konstrukce popsaná v tomto příkladu je znázorněna na obr. 1 a 2 a 3.The construction described in this example is shown in Figures 1 and 2 and 3.

Optický prvek 1 se průchodem laserového svazku zahřívá. Měděné elektrody 2, vytvářející elektrické pole odvádějí svou hmotou teplo z optického prvku do keramických chladičů 5. Keramický chladič 5 je opatřen chladicím kanálkem 7 a přívodem chladicího média 9. Chladicí médium odvádí teplo mimo soustavu. Keramické chladiče 5 jsou spolu s elektrodami 2 přitlačovány k optickému prvku i pružným elementem 10 se stavitelným předpětím _H. Tímto jsou eliminovány nežádoucí účinky teploty a frekvence laserového svazku. Keramický chladič 5 svým členitým tvarem zvyšuje celkovou izolační odolnost celé sestavy. Spojovací prvky 12 jsou odděleny od okolí izolačními prvky ji· Přívody napětí 3 jsou izolovány od okolí izolačním krytem 4. Elektrndv 2 isou takového tvaru, abv nedocházelo ke koncentraci elektrického náboje a následnému jiskření mezi elektrodami. Všechny chladicí kanálky v tomto příkladu jsou propojeny do řady. Přenos tepla mezi materiály s různou kvalitou povrchu je řešen pomocí indiové fólie 6 a teplovodivé pasty 8. Upínací systém je pomocí adaptéru J_4 možné začlenit do dalšího stavebnicového systému.The optical element 1 is heated by passing the laser beam. The copper electrodes 2 generating the electric field transfer by their mass heat from the optical element to the ceramic coolers 5. The ceramic cooler 5 is provided with a cooling channel 7 and a coolant supply 9. The coolant dissipates heat outside the system. The ceramic coolers 5, together with the electrodes 2, are pressed against the optical element by a resilient biasing element 10. This eliminates the undesirable effects of temperature and frequency of the laser beam. The ceramic cooler 5, due to its rugged shape, increases the overall insulation resistance of the entire assembly. The connecting elements 12 are separated from the surroundings by insulating elements. The voltage supplies 3 are insulated from the surroundings by an insulating cover 4. The electrndv 2 is of such a shape that there is no concentration of electric charge and subsequent sparking between the electrodes. All cooling channels in this example are connected in series. Heat transfer between materials with different surface quality is solved by indium foil 6 and heat conducting paste 8. The clamping system can be incorporated into another modular system by means of adapter 14.

Příklad 2Example 2

Optický prvek 1 se průchodem laserového svazku zahřívá. Elektrody 2, které nejsou v tomto příkladu připojeny ke zdroji elektrického napětí, odvádějí svou hmotou teplo z optického prvku do chladičů 5. Chladič 5 je opatřen chladicím kanálkem 7 a přívodem chladicího média 9. Chladicí médium odvádí teplo mimo soustavu. Chladiče 5 jsou spolu s elektrodami 2 přitlačovány k optickému prvku 1 pružným elementem H) se stavitelným předpětím 13. Tímto jsou eliminovány nežádoucí účinky teploty a frekvence laserového svazku. Všechny chladící kanálky v tomto příkladu jsou propojeny do řady. Přenos tepla mezi materiály s různou kvalitou povrchu je řešen pomocí indiové fólie 6 a teplovodivé pasty 8. Upínací systém je pomocí adaptéru J_4 možné začlenit do dalšího stavebnicového systému.The optical element 1 is heated by passing the laser beam. The electrodes 2, which are not connected to the power supply in this example, transfer heat from the optical element to the coolers 5 by their mass. The heatsinks 5 together with the electrodes 2 are pressed against the optical element 1 by a resilient biasing element 13). This eliminates the undesirable effects of temperature and frequency of the laser beam. All cooling channels in this example are connected in series. Heat transfer between materials with different surface quality is solved by indium foil 6 and heat conducting paste 8. The clamping system can be incorporated into another modular system by means of adapter 14.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Uvedený vynález přispívá k řešení termomechanických vlivů upínání optických prvků (zvláště nelineárních optických prvků řízených elektrickým polem) v provozu všech laserových systémů.The present invention contributes to solving the thermomechanical effects of clamping optical elements (particularly non-linear, field-controlled optical elements) in the operation of all laser systems.

Claims (7)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Upínací systém pro nelineární optické prvky řízené elektrickým polem, vyznačující se tím, že dvojice chladičů (5) spolu s elektrodami (2) jsou přitlačeny pomocí pružného elementu (10) se stavitelným předpětím (13) k optickému prvku (1).Clamping system for non-linear optical elements controlled by an electric field, characterized in that the heat sink pairs (5) together with the electrodes (2) are pressed against the optical element (1) by means of a resilient biasing element (10). 2. Upínací systém podle nároku 1, vy z n a č uj í c í se t í m, že dvojice chladičů (5) je členitého tvaru, přičemž elektroda (2) v něm umístěná je maximálně oddělena od dílů s nižším elektrickým potencionálem.Clamping system according to claim 1, characterized in that the pair of heatsinks (5) is articulated, the electrode (2) disposed therein being maximally separated from the parts with a lower electrical potential. 3. Upínací systém podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že každá elektroda (2) je upevněna v chladiči (5) šroubovým spojem, který zároveň tvoří elektrický přívod (3).Clamping system according to claim 1 or 2, characterized in that each electrode (2) is fastened in the heatsink (5) by a screw connection which also forms the electrical supply (3). 4. Upínací systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že pružný element (10) se stavitelným předpětím (13) je dále opatřen izolačními prvky (11) a je oddělen od dílů s nižším elektrickým potencionálem.Clamping system according to claim 1, characterized in that the resilient element (10) with adjustable bias (13) is further provided with insulating elements (11) and is separated from the parts with lower electrical potential. 5. Upínací systém podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že dvojice chladičů (5) je opatřena chladicími kanálky (7) umožňující montáž prvku pro připojení chladicího média (9).Clamping system according to claim 1 or 2, characterized in that the pair of coolers (5) is provided with cooling channels (7) allowing mounting of the coolant connection element (9). 6. Upínací systém podle nároku 5, vyznačující se tím, že dvojice chladičů (5) je opatřena celkem čtyřmi chladicími kanálky (7) zapojenými ke zdroji chladicího média samostatně nebo v sérii nebo paralelně nebo serioparalelně.Clamping system according to claim 5, characterized in that the pair of coolers (5) is provided with a total of four cooling channels (7) connected to the coolant source separately or in series or in parallel or seri-parallel. 7. Upínací systém podle nároku 1, vy z n a č uj í c í se t í m , že je opatřen adaptérem (14) umožňující propojení upínacího systému s dalšími prvky optických sestav.Clamping system according to claim 1, characterized in that it is provided with an adapter (14) enabling the clamping system to be interconnected with other elements of the optical assemblies.