Лазер

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам для генерации стимулированного излучения, и может быть использована для создания лазеров, применяющихся в составе изделий, имеющих корпус с большой теплоемкостью, например, в технологических лазерных установках для обработки материалов. Предложен лазер, содержащий блок питания и излучатель, включающий оптически связанные активный элемент и источник оптической накачки, выполненный в виде одного или нескольких излучающих диодов, установленных на металлическом основании, при этом выход блока питания электрически связан с входом излучателя. Новизна состоит в том, что излучатель лазера снабжен металлическим корпусом, выполняющим функции металлического основания и теплообменника, и термодатчиком, выход которого электрически связан с входом блока питания, источник оптической накачки размещен на металлическом корпусе с обеспечением теплового контакта, при этом металлический корпус излучателя имеет плоскую установочную поверхность, предназначенную для установки излучателя на изделии применения и теплообмена с ним. Активный элемент может быть выполнен в виде активного волоконного световода. Термодатчик может быть установлен на внутренней, либо на внешней поверхности, либо в нише металлического корпуса излучателя. Источник оптической накачки может быть размещен на внутренней поверхности, либо в нише металлического корпуса излучателя, либо на стойке, расположенной на указанном корпусе. Металлический корпус излучателя может содержать стенку, ограниченную двумя плоскопараллельными поверхностями, при этом первая поверхность служит в качестве плоской установочной поверхности, предназначенной для установки излучателя на изделии применения и теплообмена с ним, а источник оптической накачки размещен на второй поверхности либо в нише, выполненной открытой со стороны второй поверхности. Предложенное техническое решение позволяет упростить конструкцию лазера при использовании лазера в составе изделий, имеющих свой корпус с большой теплоемкостью. 1 илл.

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам для генерации стимулированного излучения, и может быть использована для создания лазеров, применяющихся в составе изделий, имеющих корпус с большой теплоемкостью, например, в технологических лазерных установках для обработки материалов.

Известен лазер [1], включающий блок питания и электрически связанный с ним излучатель, включающий зеркала резонатора, оптически связанные активный элемент и источник оптической накачки, выполненный в виде установленного на термостабилизаторе лазерного диода. Однако, при средних и больших мощностях накачки лазера требуется сложная конструкция термостабилизатора.

Средние и большие мощности накачки позволяет обеспечить лазер [2], являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранный в качестве прототипа.

Лазер содержит блок питания и излучатель, включающий оптически связанные активный элемент и источник оптической накачки, выполненный в виде одного или нескольких излучающих диодов, установленных на металлическом основании, при этом выход блока питания электрически связан с входом излучателя, теплообменник в виде радиатора и установленный между металлическим основанием и теплообменником термоэлектрический элемент, при этом металлическое основание закреплено на радиаторе и имеет тепловую связь с ним через термоэлектрический элемент.

Во время работы лазера излучающие диоды нагреваются и передают тепло металлическому основанию, термоэлектрический элемент переносит тепло от него на теплообменник, который рассеивает его в окружающее пространство путем теплообмена с воздухом.

Однако в случае применения лазера в составе изделий, имеющих свой корпус с большой теплоемкостью, описанная в [2] конструкция лазера неоправданно сложна.

Задачей полезной модели является упрощение конструкции лазера при использовании лазера в составе изделий, имеющих свой корпус с большой теплоемкостью.

Предложен лазер, содержащий блок питания и излучатель, включающий оптически связанные активный элемент и источник оптической накачки, выполненный в виде одного или нескольких излучающих диодов, установленных на металлическом основании, при этом выход блока питания электрически связан с входом излучателя.

Новизна состоит в том, что излучатель лазера снабжен металлическим корпусом, выполняющим функции металлического основания и теплообменника, и термодатчиком, выход которого электрически связан с входом блока питания, источник оптической накачки размещен на металлическом корпусе с обеспечением теплового контакта, при этом металлический корпус излучателя имеет плоскую установочную поверхность, предназначенную для установки излучателя на изделии применения и теплообмена с ним.

Активный элемент лазера может быть выполнен в виде активного волоконного световода.

Термодатчик может быть установлен на внутренней поверхности металлического корпуса излучателя.

В других вариантах исполнения термодатчик может быть установлен на внешней поверхности металлического корпуса излучателя или в нише в металлическом корпусе излучателя.

Источник оптической накачки может быть размещен на внутренней поверхности металлического корпуса излучателя.

В других вариантах исполнения источник оптической накачки может быть размещен в нише в металлическом корпусе излучателя, либо на стойке, расположенной на металлическом корпусе излучателя, при этом, в последнем случае, тепловой контакт источника оптической накачки с металлическом корпусом выполнен посредством тепловой трубы.

Возможно, что в лазере металлический корпус излучателя содержит стенку, ограниченную двумя плоскопараллельными поверхностями, при этом первая поверхность служит в качестве плоской установочной поверхности, предназначенной для установки излучателя на изделии применения и теплообмена с ним., а источник оптической накачки размещен на второй поверхности, либо в нише, выполненной открытой со стороны второй поверхности.

Наличие у излучателя лазера металлического корпуса, выполняющего функции металлического основания и теплообменника, и размещение источника оптической накачки на металлическом корпусе с обеспечением теплового контакта, позволяет устанавливать источник оптической накачки на металлический корпус и отводить при работе лазера на металлический корпус излучателя тепло от источника оптической накачки.

Наличие у излучателя лазера термодатчика, выход которого электрически связан с входом блока питания, позволяет отключать блок питания лазера при недопустимо высокой температуре излучателя лазера, и таким образом обеспечить безотказную работу лазера.

Наличие у металлического корпуса излучателя лазера плоской установочной поверхности, предназначенной для установки излучателя на изделии применения и теплообмена с ним, позволяет обеспечить надежный тепловой контакт плоской установочной поверхности металлического корпуса излучателя лазера с изделием применения, что приводит к эффективному отводу тепла на изделие применения и увеличению длительности непрерывной работы лазера.

Таким образом, описанный отвод тепла от источника оптической накачки на металлический корпус излучателя лазера и от него на изделие применения позволяет обеспечить безотказную работу лазера и, соответственно, обеспечить возможность создания упрощенной конструкции лазера.

Возможное выполнение лазера с активным элементом в виде активного волоконного световода позволяет скомпоновать излучатель лазера с минимальными габаритными размерами.

Возможное выполнение лазера с установкой термодатчика на внутренней поверхности металлического корпуса излучателя позволяет регистрировать температуру активного элемента излучателя лазера и отключать блок питания лазера при недопустимо высокой температуре активного элемента излучателя лазера, что обеспечивает безотказную работу лазера.

Возможное выполнение лазера с установкой термодатчика на внешней поверхности металлического корпуса излучателя позволяет регистрировать температуру источника оптической накачки излучателя лазера и отключать блок питания лазера при недопустимо высокой температуре источника оптической накачки излучателя лазера, что обеспечивает безотказную работу лазера.

Возможное выполнение лазера с установкой термодатчика в нише в металлическом корпусе излучателя позволяет уменьшить обьем излучателя лазера.

Возможное выполнение лазера с размещением источника оптической накачки на внутренней поверхности металлического корпуса излучателя позволяет улучшить отвод тепла от источника оптической накачки. Возможное выполнение лазера с размещением источника оптической накачки в нише в металлическом корпусе излучателя позволяет уменьшить обьем излучателя лазера.

Возможное выполнение лазера с размещением источника оптической накачки на стойке, расположенной на металлическом корпусе излучателя, и выполнение при этом теплового контакта источника оптической накачки с металлическом корпусом посредством тепловой трубы позволяет скомпоновать излучатель лазера с минимальным объемом.

Возможное выполнение лазера с металлическим корпусом излучателя, содержащим стенку, ограниченную двумя плоскопараллельными поверхностями, где первая поверхность служит в качестве плоской установочной поверхности, предназначенной для установки излучателя на изделии применения и теплообмена с ним, а источник оптической накачки размещен на второй поверхности или в нише, выполненной открытой со стороны второй поверхности, позволяет улучшить отвод тепла от металлического корпуса излучателя и упростить конструкцию лазера.

Полезная модель поясняется чертежом. На фигуре представлена схема лазера.

Лазер содержит блок питания 1 и излучатель 2, вход которого электрически связан с выходом блока питания 1. Излучатель 2 включает активный элемент 3, металлический корпус 4, источник оптической накачки, в качестве которого использованы излучающие полупроводниковые диоды 5, термодатчик 6, выход которого электрически связан с входом блока питания 1.

Металлический корпус 4 излучателя лазера изготовлен из алюминия и имеет плоскую установочную поверхность 7, предназначенную для установки излучателя лазера на изделии применения (не показано) и теплообмена с ним. Для лучшего теплоотвода возможно выполнение установочной поверхности изделия применения (не показано) плоской или имеющей отдельные плоские поверхности.

Источник оптической накачки выполнен в виде двух излучающих диодов 5, установленных на внутренней поверхности металлического корпуса 4 с обеспечением теплового контакта.

Источник оптической накачки может быть размещен также в нише в металлическом корпусе 4 излучателя 2.

При размещении источника оптической накачки на стойке, расположенной на металлическом корпусе 4 излучателя 2, отвод тепла от источника оптической накачки возможно выполнить посредством тепловой трубы, один конец которой находится в тепловом контакте с излучающими диодами 5, а другой конец которой находится в тепловом контакте с металлическим корпусом 4.

В другом варианте исполнения металлический корпус 4 излучателя 2 содержит стенку, ограниченную двумя плоскопараллельными поверхностями, при этом первая поверхность служит в качестве плоской установочной поверхности 7, предназначенной для установки излучателя 2 на изделии применения и теплообмена с ним, а источник оптической накачки размещен на второй поверхности либо в нише, выполненной открытой со стороны второй поверхности.

Таким образом, металлический корпус 4 излучателя 2 лазера выполняет функции металлического основания и теплообменника.

Активный элемент 3 выполнен в виде активного волоконного световода с зеркалами на концах, в который вводится через стыковочные элементы излучение излучающих диодов 5. Однако возможны и другие конструкции активного элемента 3, например, в виде цилиндрического стержня или параллелепипеда.

Термодатчик 6, установленный на внутренней поверхности металлического корпуса 4 излучателя лазера, при этом выход термодатчика электрически связан с входом блока питания 1, регистрирует температуру активного элемента 3 излучателя 2 лазера и выдает на блок питания 1 термозависимый электрический сигнал.

Возможна и установка термодатчика 6 на внешней поверхности металлического корпуса 4 излучателя 2 или в нише в металлическом корпусе 4 излучателя 2 лазера.

Лазер работает следующим образом.

Блок питания 1 обеспечивает электрический ток накачки излучающих диодов 5, излучение которых накачивает активный элемент 3 в виде активного волоконного световода с зеркалами на концах. Генерируемое излучение лазера выходит через конец активного волоконного световода с полупрозрачным зеркалом.

В процессе работы часть электрической мощности, потребляемой излучающими диодами 5 и не преобразованной в оптическое излучение, переходит в тепловую энергию. Излучающие диоды 5 нагреваются, тепло их переходит в металлический корпус 4 излучателя 2 лазера, который в свою очередь передает его через плоскую установочную поверхность 7 изделию применения лазера.

Так как выделяемое тепло рассеивается на металлический корпус 4 излучателя 2 лазера, а через него на корпус изделия применения лазера, температура излучающих диодов 5 поддерживается определенное время в допустимых пределах.

Как только температура излучателя 2 лазера превышает допустимую, термозависимый электрический сигнал термодатчика 6, поступающий на вход блока питания 1 превышает заданную величину, и блок питания 1 отключает электрическое питание излучателя 2 лазера.

Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет упростить конструкцию лазера при использовании лазера в составе изделий, имеющих свой корпус с большой теплоемкостью.

Использованные источники информации:

1. Квантовая электроника, 2001, т.31, 8, С.663.

2. Квантовая электроника, 2002, т.32, 3, С.206 (прототип).

1. Лазер, содержащий блок питания и излучатель, включающий оптически связанные активный элемент и источник оптической накачки, выполненный в виде одного или нескольких излучающих диодов, установленных на металлическом основании, при этом выход блока питания электрически связан с входом излучателя, отличающийся тем, что излучатель снабжен металлическим корпусом, выполняющим функции металлического основания и теплообменника, и термодатчиком, выход которого электрически связан с входом блока питания, источник оптической накачки размещен на металлическом корпусе с обеспечением теплового контакта, при этом металлический корпус излучателя имеет плоскую установочную поверхность, предназначенную для установки излучателя на изделии применения и теплообмена с ним.

2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что активный элемент выполнен в виде активного волоконного световода.

3. Лазер по п.1, отличающийся тем, что термодатчик установлен на внутренней поверхности металлического корпуса излучателя.

4. Лазер по п.1, отличающийся тем, что термодатчик установлен на внешней поверхности металлического корпуса излучателя.

5. Лазер по п.1, отличающийся тем, что термодатчик установлен в нише в металлическом корпусе излучателя.

6. Лазер по п.1, отличающийся тем, что источник оптической накачки размещен на внутренней поверхности металлического корпуса излучателя.

7. Лазер по п.1, отличающийся тем, что источник оптической накачки размещен в нише в металлическом корпусе излучателя.

8. Лазер по п.1, отличающийся тем, что источник оптической накачки размещен на стойке, расположенной на металлическом корпусе излучателя, при этом тепловой контакт источника оптической накачки с металлическим корпусом выполнен посредством тепловой трубы.

9. Лазер по п.1, отличающийся тем, что металлический корпус излучателя содержит стенку, ограниченную двумя плоскопараллельными поверхностями, при этом первая поверхность служит в качестве плоской установочной поверхности, предназначенной для установки излучателя на изделии применения и теплообмена с ним, а источник оптической накачки размещен на второй поверхности либо в нише, выполненной открытой со стороны второй поверхности.