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.
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).