[go: up one dir, main page]

RU2677489C1 - Semiconductor multichannel laser emitter - Google Patents

Semiconductor multichannel laser emitter Download PDF

Info

Publication number
RU2677489C1
RU2677489C1 RU2017131834A RU2017131834A RU2677489C1 RU 2677489 C1 RU2677489 C1 RU 2677489C1 RU 2017131834 A RU2017131834 A RU 2017131834A RU 2017131834 A RU2017131834 A RU 2017131834A RU 2677489 C1 RU2677489 C1 RU 2677489C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
semiconductor
possibility
active elements
multichannel
Prior art date
Application number
RU2017131834A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Григорий Анатольевич Евстюнин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии лазерного термоупрочнения" (ООО "НТЛТ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии лазерного термоупрочнения" (ООО "НТЛТ") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии лазерного термоупрочнения" (ООО "НТЛТ")
Priority to RU2017131834A priority Critical patent/RU2677489C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2677489C1 publication Critical patent/RU2677489C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42Arrays of surface emitting lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: laser engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of laser technology and relates to a semiconductor multichannel laser emitter. Semiconductor multichannel laser emitter includes a housing, active elements and batteries. As active elements laser diode modules are used, made with the possibility of changing the power of each module from 0 to 125 W in real time during laser operation.
EFFECT: technical result consists in providing the possibility of processing parts of high complexity, eliminating the loss of radiation delivered, ensuring uniform distribution of the radiation energy over the entire spot density during any manipulations with it, providing the possibility of regulating and controlling power in real time, increasing the efficiency of the laser, simplifying the repair and replacement of failed units.
1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к лазерной технике с созданием многоканальной лазерной диодной системы. Данная система представляет собой новый тип лазерного излучателя и может быть использована в разработке лазерных комплексов специального назначения (резка, сварка, наплавка и т.д.).The invention relates to the field of quantum electronics, in particular to laser technology with the creation of a multi-channel laser diode system. This system is a new type of laser emitter and can be used in the development of special-purpose laser systems (cutting, welding, surfacing, etc.).

Новый тип лазерного излучателя базируется на многоканальном принципе построения лазера. В соответствии с этим принципом лазер "набирается" в виде решетки идентичных лазерных модулей, в каждом из которых происходит лазерная генерация. Такая система образует оптический источник с составной апертурой, у которого выходное излучение представляет собой совокупность излучений отдельных лазеров. Малое поперечное сечение каналов позволяет эффективно и просто осуществлять накачку энергии в активную среду и отвод тепла из ее объема Излучение передается от каждого лазерного модуля по отдельному волокну, которое в конечном итоге формируется в многоволоконную систему, компоновка и количество волокон в которой зависит от технических требований к установке.A new type of laser emitter is based on the multi-channel principle of laser construction. In accordance with this principle, the laser is “assembled” in the form of a lattice of identical laser modules, in each of which laser generation occurs. Such a system forms an optical source with a composite aperture, in which the output radiation is a set of emissions of individual lasers. The small cross-section of the channels makes it possible to efficiently and simply pump energy into the active medium and remove heat from its volume. Radiation is transmitted from each laser module through a separate fiber, which ultimately forms into a multi-fiber system, the layout and number of fibers of which depends on the technical requirements for installation.

Известен блок генераций излучения многоканального лазера [1], в котором корпус лазера имеет цилиндрическую форму и выполнен из электроизоляционного материала, газоразрядные трубы в пакете расположены в один ряд в диагональной плоскости корпуса на одинаковом расстоянии друг от друга, сепараторы скреплены продольными крепежными трубами, изготовленными из того же материала, что и газоразрядные трубы,и образующие по обе стороны от пакета газоразрядных труб два симметричных замкнутых контура, внешние ветви которых образуют цилиндрическую поверхность концентричную корпусу, а внутренние ветви расположены в плоскостях, параллельных плоскости пакета газоразрядных труб, окна в сепараторах для протекания охлаждающей жидкости расположены внутри одного из контуров, образованных крепежными трубами, внутрь крепежных труб вставлены две продольные шины для подвода высокого переменного напряжения, соединенные с сепараторами и выведенные наружу из корпуса; стягивающие штанги оптического резонатора расположены вне корпуса, а герметичная полость для прокачки охлаждающей жидкости образована внутренними стенками корпуса и наружными стенками труб. Возможны варианты выполнения.A known unit for generating radiation of a multi-channel laser [1], in which the laser housing has a cylindrical shape and is made of electrical insulation material, gas discharge tubes in a packet are arranged in a row in the diagonal plane of the housing at equal distances from each other, the separators are fastened by longitudinal mounting tubes made of of the same material as gas discharge pipes and two symmetrical closed circuits forming on both sides of the gas discharge tube package, the outer branches of which form a cylindrical the surface is concentric to the casing, and the internal branches are located in planes parallel to the plane of the package of gas discharge pipes, the windows in the separators for the flow of coolant are located inside one of the circuits formed by the fixing pipes, two longitudinal tires for supplying high alternating voltage connected to the separators are inserted inside the fixing pipes and brought out of the housing; the optical cavity tightening rods are located outside the housing, and the sealed cavity for pumping coolant is formed by the inner walls of the housing and the outer walls of the pipes. Options are possible.

Известен также блок генерации излучения многоканального лазера [2]. В данном изобретении блок генерации излучения многоканального лазера состоит из расположенных по окружности на равном расстоянии друг от друга активных элементов, поочередно излучающих генерацию, и системы поворотных зеркал, по крайней мере, одно из которых, расположенное по оси, вращается и поочередно собирает в одном направлении излучение от всех активных элементов.Also known block radiation generation of a multi-channel laser [2]. In this invention, the multichannel laser radiation generation unit consists of active elements located around the circumference at an equal distance from each other, alternately emitting generation, and a system of rotary mirrors, at least one of which, located along the axis, rotates and alternately collects in one direction radiation from all active elements.

Известно устройство для упрочнения поверхности детали [3], содержащее лазерный излучатель с излучающими трубками, скомпонованными в виде пакета из нескольких рядов один внутри другого, пакет состоит из четырех рядов трубок, в виде вложенных один внутри другого вокруг центральной оси четырех восьмигранников, причем восьмигранник второго ряда повернут вокруг центральной оси относительно внешнего восьмигранника первого ряда так, что его вершины расположены примерно напротив центров граней внешнего восьмигранника, а восьмигранник третьего ряда повернут вокруг центральной оси относительно восьмигранника второго ряда так, что его вершины расположены примерно напротив центров граней второго восьмигранника и, соответственно, примерно напротив вершин внешнего восьмигранника, а четвертый восьмигранник повернут вокруг центральной оси так, что его вершины расположены примерно между вершин второго и третьего восьмигранников.A device for hardening the surface of a part [3] is known, which comprises a laser emitter with radiating tubes arranged in the form of a packet of several rows one inside the other, the packet consists of four rows of tubes, four octahedrons inserted inside one another around the central axis, the octahedron of the second the rows are rotated around the central axis relative to the outer octahedron of the first row so that its vertices are approximately opposite the centers of the faces of the outer octahedron, and the octahedron is the third of the first row are rotated around the central axis relative to the octahedron of the second row so that its vertices are approximately opposite the centers of the faces of the second octahedron and, accordingly, approximately opposite the vertices of the external octahedron, and the fourth octahedron is rotated around the central axis so that its vertices are located approximately between the vertices of the second and third octahedron.

За прототип выбран многоканальный технологический лазер МТЛ-500, один из серии лазеров такого типа, разработанных в Научно-исследовательском центре технологических лазеров РАН в Шатуре [4], в котором использованы волноводные CO2-лазеры, расположенные по окружности. Накачка активной среды осуществляется разрядом в переменном электрическом поле, которое создается электродами - обкладками на внешней поверхности кварцевых трубок каналов. Охлаждение трубок в этой модели лазера мощностью 500 Вт воздушное, в лазерах мощностью 1; 2,5; 4 кВт - масляное. Мощное излучение лазера на длине волны λ=10,6 мкм, невидимое человеческим глазом, вызывает яркое светящееся пятно на обыкновенном кирпиче. Многоканальные технологические лазеры на CO2 мощностью в несколько киловатт используются для термической закалки, упрочения рабочих поверхностей машин и механизмов, например обода колеса железнодорожных вагонов.For the prototype, the MTL-500 multichannel technological laser was selected, one of a series of lasers of this type developed at the Shatura Scientific Research Center for Technological Lasers of the Russian Academy of Sciences [4], in which circular waveguide CO2 lasers were used. The active medium is pumped by a discharge in an alternating electric field, which is created by electrodes - plates on the outer surface of the quartz tubes of the channels. The cooling of the tubes in this laser model with a power of 500 W air, in lasers with a power of 1; 2.5; 4 kW - oil. Powerful laser radiation at a wavelength of λ = 10.6 μm, invisible to the human eye, causes a bright luminous spot on an ordinary brick. Several-kilowatt multi-channel CO2 technological lasers are used for thermal hardening and hardening of the working surfaces of machines and mechanisms, for example, wheel rims of railway cars.

Недостатком такого решения при создании лазера является высокая сложность работ и большие временные затраты при монтаже, ремонте и замене каждой трубки лазера при подключении оптического волокна и заведении его в общую оплетку.The disadvantage of this solution when creating a laser is the high complexity of the work and the large time required for installation, repair and replacement of each laser tube when connecting an optical fiber and putting it into a common braid.

Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение линейки лазерных комплексов различной мощности для разных технологических задач за счет создания новой конструкции лазерного излучателя.The technical result of the claimed invention is the expansion of the line of laser systems of various capacities for various technological problems by creating a new design of the laser emitter.

Задачей данного изобретения является создание новой конструкции лазерного излучателя, основанного на полупроводниковых лазерных диодах, для сбора и доставки лазерного излучения до поверхности обрабатываемого изделия без потерь, обеспечив при этом равномерное распределение энергии по всей площади светового пятна при любых манипуляциях с ним.The objective of the invention is to create a new design of a laser emitter based on semiconductor laser diodes, for collecting and delivering laser radiation to the surface of the workpiece without loss, while ensuring uniform distribution of energy over the entire area of the light spot during any manipulation with it.

Поставленная задача решается тем, что в полупроводниковом многоканальном лазерном излучателе, содержащем корпус, активные элементы, элементы питания, в качестве активных элементов используют лазерные диодные модули, выполненные с возможностью изменения мощности каждого модуля от 0 до 125 Вт в реальном масштабе времени во время работы лазера.The problem is solved in that in a semiconductor multichannel laser emitter containing a housing, active elements, batteries, laser diode modules are used as active elements, configured to change the power of each module from 0 to 125 W in real time during laser operation .

Излучение передается от каждого лазерного модуля по многоволоконной системе, компоновка и количество которых зависит от технологических требований к изобретению.The radiation is transmitted from each laser module through a multi-fiber system, the layout and quantity of which depends on the technological requirements of the invention.

Таким образом, благодаря "наборной" конструкции излучателя заявляемого изобретения, возможно создать лазер для любых целей и практически любой мощности, с возможностью контроля его параметров в реальном масштабе времени.Thus, due to the "type-setting" design of the emitter of the claimed invention, it is possible to create a laser for any purpose and almost any power, with the ability to control its parameters in real time.

Так как источник заявляемого изобретения диодный, по сравнению с прототипом, это значит что его КПД (около 35%) в разы выше, чем у CO2 излучателя (около 10%). и в отсутствии монолитного излучателя, его ремонт и замена вышедших из строя блоков проблемой не являются.Since the source of the claimed invention is diode, in comparison with the prototype, this means that its efficiency (about 35%) is several times higher than that of CO2 emitter (about 10%). and in the absence of a monolithic radiator, its repair and replacement of failed blocks is not a problem.

Кроме того, явным преимуществам заявляемого устройства является модульная компоновка излучателя вместо монолитной, что позволяет, при выходе из строя любого модуля, просто заменить вышедший из строя узел, не разбирая единой конструкции, и не тратить время на ремонт.In addition, the obvious advantages of the claimed device is the modular layout of the emitter instead of monolithic, which allows, in the event of failure of any module, simply replace the failed assembly without disassembling a single design, and not waste time on repairs.

Благодаря регулированию и контролю мощности излучения модуля лазера в реальном масштабе времени, появляется возможность обрабатывать детали наивысшей сложности, уникальные, которые не имеют других альтернативных способов обработки.Thanks to the regulation and control of the radiation power of the laser module in real time, it is possible to process parts of the highest complexity, unique, which do not have other alternative processing methods.

Пример основных характеристик излучателя в составе 40 лазерных диодных модулей:An example of the main characteristics of the emitter in the composition of 40 laser diode modules:

Figure 00000001
Figure 00000001

Изобретение поясняется представленными иллюстрациями:The invention is illustrated by the illustrations:

Фиг. 1 - схема конструкции полупроводникового многоканального лазерного излучателя (на примере 40-модульного излучателя);FIG. 1 is a design diagram of a semiconductor multi-channel laser emitter (for example, a 40-module emitter);

Фиг. 2 - пример интерфейса контроля мощности (на примере 40 лазерных модулей).FIG. 2 is an example of a power control interface (using 40 laser modules as an example).

Полупроводниковый многоканальный лазерный излучатель содержит корпус (1), в котором расположены активные элементы. В качестве активных элементов использованы лазерные модули (2), размещенные равномерно по нижней части корпуса лазера, в верхней части корпуса расположены блоки питания лазерных модулей (3). Для удобства перемещения в пространстве, лазер оснащен поворотными колесами (4). Так же, в задней части лазера установлена система вытяжной вентиляции, разъем для подключения оптических волокон. На передней части лазера расположена сенсорная панель управления, цветовые индикаторы работы лазера, кнопка аварийного выключения.A semiconductor multichannel laser emitter comprises a housing (1) in which active elements are located. As the active elements used laser modules (2), placed evenly on the lower part of the laser housing, in the upper part of the housing are the power supplies of the laser modules (3). For ease of movement in space, the laser is equipped with swivel wheels (4). Also, an exhaust ventilation system and a connector for connecting optical fibers are installed at the rear of the laser. On the front of the laser there is a touch control panel, color indicators for laser operation, an emergency shutdown button.

Таким образом, реализация изобретения решает все поставленные автором задачи.Thus, the implementation of the invention solves all the tasks posed by the author.

Источники информации:Information sources:

1. RU, 2108647, H01S 3/03;1. RU, 2108647, H01S 3/03;

2. RU, 2107976, H01S 3/02;2. RU, 2107976, H01S 3/02;

3. RU, 2580350, C21D 1/09, публ. 10.04.16.3. RU, 2580350, C21D 1/09, publ. 04/10/16.

4. http://www.nsu.ru/srd/lls/pdfs/lasern_reshetki.pdf - прототип4. http://www.nsu.ru/srd/lls/pdfs/lasern_reshetki.pdf - prototype

Claims (1)

Полупроводниковый многоканальный лазерный излучатель, содержащий корпус, активные элементы, элементы питания, отличающийся тем, что в качестве активных элементов используют лазерные диодные модули, выполненные с возможностью изменения мощности каждого модуля от 0 до 125 Вт в реальном масштабе времени во время работы лазера.A semiconductor multichannel laser emitter comprising a housing, active elements, power cells, characterized in that laser diode modules are used as active elements, configured to change the power of each module from 0 to 125 W in real time during laser operation.
RU2017131834A 2017-09-12 2017-09-12 Semiconductor multichannel laser emitter RU2677489C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017131834A RU2677489C1 (en) 2017-09-12 2017-09-12 Semiconductor multichannel laser emitter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017131834A RU2677489C1 (en) 2017-09-12 2017-09-12 Semiconductor multichannel laser emitter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2677489C1 true RU2677489C1 (en) 2019-01-17

Family

ID=65025065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017131834A RU2677489C1 (en) 2017-09-12 2017-09-12 Semiconductor multichannel laser emitter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2677489C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080063017A1 (en) * 2004-06-01 2008-03-13 Trumpf Photonics Inc. Laser Diode Array Mounting
US20120281293A1 (en) * 2009-08-20 2012-11-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Laser device with configurable intensity distribution
CA2863712C (en) * 2014-02-13 2017-03-07 Mitsubishi Electric Corporation Laser light source module and laser light source device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080063017A1 (en) * 2004-06-01 2008-03-13 Trumpf Photonics Inc. Laser Diode Array Mounting
US20120281293A1 (en) * 2009-08-20 2012-11-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Laser device with configurable intensity distribution
CA2863712C (en) * 2014-02-13 2017-03-07 Mitsubishi Electric Corporation Laser light source module and laser light source device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ю. Айхлер и др. "ЛАЗЕРЫ. ИСПОЛНЕНИЕ, УПРАВЛЕНИЕ, ПРИМЕНЕНИЕ". - М.: Техносфера, 2012, всего - 496 стр. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2677489C1 (en) Semiconductor multichannel laser emitter
RU2498467C2 (en) Diode pumped optical amplifier head
EP3891778A1 (en) Laser sustained plasma and endoscopy light source
WO2016019615A1 (en) Split type semiconductor laser diode energy beam combiner
CN212366419U (en) Laser and laser cooling system
CN101179175A (en) Laser diode-pumped solid-state laser with high peak power
EP0658722A1 (en) Light cube module
CN104375274B (en) A kind of lunar rover laser dot-matrix device based on fiber optic network
CN203415814U (en) Large power laser module
CN104051951B (en) A kind of combined module type blue semiconductor laser
CN214478425U (en) A New High Power Single Fiber Output 405nm Laser Module
RU2261463C1 (en) Laser beam control channel with external charging module
RU2657125C9 (en) Method of transverse pumping of the active laser medium
CN203883309U (en) A blue-ray semiconductor laser combined module
CN102403647B (en) Aluminum alloy unit gold-cavity resonant laser
TWI486700B (en) Light source and projection system using the same
RU2579188C1 (en) Laser head of solid-state laser with diode pumping thermal stabilisation
CN206369122U (en) A new medical optical fiber shadowless lighting system
Neukum Overview on new diode lasers for defense applications
KR100257401B1 (en) Output controlling laser beam generator
JPH07287189A (en) Optical path changer and laser device using the same
CN219581911U (en) Small-volume laser module
RU2714781C1 (en) Method of transverse pumping of working medium of laser
CN117526069B (en) Pump module of VCSEL side-pumped solid-state laser and corresponding solid-state laser
KR101138455B1 (en) The structure of a laser beam generator