МОДУЛЬ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ЛАЗЕРА
LASER CONNECTION MODULE

Изобретение относится к модулю лазерного соединения, обеспечивающему структурные и определяющие характеристики, которые значительно улучшают текущее состояние техники в их области применения.
ОБЪЕКТ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Более конкретно, объект изобретения предназначен для использования в качестве крепежного устройства для электрического соединения и теплового контакта между лазерными диодами и электродами, последовательно уложенными между соответствующими прокладками, имеющими внутренние каналы для циркуляции охлаждающей жидкости, с преимуществом наличия улучшенной конструктивной конфигурации, которая позволяет, с одной стороны, закреплять и удерживать вместе все его компоненты, а с другой стороны, для обеспечения надежности такого электрического соединения, позволяет осуществить контролируемое приложение усилия зажима непосредственно к лазерным диодам и в точке, где они встречаются, для обеспечения электрического и теплового контакта между электродами и диодам.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область применения настоящего изобретения относится к промышленному сектору, занимающемуся производством устройств и компонентов для лазерного технологического оборудования.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В некоторых из лазерных модулей известного в настоящее время и упоминаемого здесь типа лазерные диоды, также называемые чипами или стержнями, были установлены по меньшей мере на одном из электродов посредством сварки, что создает несколько проблем.
Основная проблема заключается в том, что лазерный чип должен быть расположен с предельной точностью, чтобы его конец выступал на расстояние от восьми до десяти микрон от конца электрода, чтобы сварное соединение, которое соединит его с указанным электродом, не достигло эпитаксии, потому что, если это произойдет, лазерный модуль будет неисправен. Для правильного позиционирования лазерного чипа относительно электродов и сварного соединения указанных электродов с приемлемой точностью требовались микророботы и другие высокоточные устройства, что требовало очень больших инвестиций.
Кроме того, сварное соединение лазерного чипа не позволяет осуществлять последующую регулировку его положения или его замену в случае выхода из строя.
Другая проблема заключалась в том, что различные коэффициенты расширения между лазерным чипом и материалами, используемыми в сварном соединении, и электродом приводят к возможности изменений в лазерном чипе, что приводит к изгибу чипа.
Эта проблема преодолена в патенте US 5978396, в котором описан полупроводниковый лазерный источник, включающий набор полупроводниковых лазерных диодов, каждый иг которых имеет, по меньшей мере, одну активную область. Активная область включает в себя ряд полупроводниковых слоев, расположенных между омическим контактным слоем и подложкой, которая также выполняет функцию омического контактного слоя. Давление заставляет диоды поддерживать контакт друг с другом через их омические контактные слои. Каждый диод имеет размеры, особенно по толщине, которые позволяют кратковременному нагреву каждого диода быть как можно более низким и таким, чтобы средний нагрев штабелируемых диодов не превышал заданного значения.
Патентный документ US 6151341 описывает штабелируемый интегрированный диодный блок, в котором предлагается набор лазерных элементов, выполненных с возможностью поглощения тепла, выделяемого указанными лазерными элементами, для обеспечения возможности их ремонта и/или замены, а также тестирования. Узел содержит ячейки, которые имеют полость для прохождения охлаждающей жидкости для охлаждения лазерных элементов. Ячейки могут быть сконструированы индивидуально для индивидуального тестирования, а затем сложены вместе и закреплены съемно для легкой замены. Полости ячеек образуют по существу смежную полость, через которую хладагент входит и выходит из всего узла. Полости ячеек включают области и поверхности, которые усиливают поток охлаждающей жидкости в области, по существу, прилегающие к лазерным элементам, для охлаждения указанных лазерных элементов.
Патентный документ US 6245589 описывает изготовление устройства для охлаждения плоского источника света, которое включает в себя устройство для охлаждения массива лазерных диодов с использованием набора из множества металлических пластин, выполненных с рифленым рисунком с выступами или отверстиями, которые действуют как канал циркуляции охлаждающей воды для указанных лазерных диодов.
И улучшает указанные решения патент ES 2191559 В1, владельцем которого является заявитель настоящего изобретения- модуль лазерного соединения, содержащий: электроды, обращенные друг к другу и соединенные в чередующемся порядке противоположными полюсами; изолирующие прокладки, расположенные между обращенными поверхностями электродов для предотвращения прямого контакта электродов и их короткое замыкание; лазерные чипы, установленные между обращенными поверхностями указанных электродов, вступающие в контакт с электродами; зажимное средство, отвечающее за сближение электродов, обращенных друг к другу, для обеспечения их контакта с расположенными между ними лазерными чипами, обеспечивая подачу электроэнергии на лазерные чипы и рассеивание выделяемого тепла.
В указанном изобретении вышеупомянутые зажимные средства состоят из винтов, установленных на сквозных отверстиях, воздействующих на электроды и изолирующие прокладки, и соответствующих гаек, которые навинчиваются на указанные винты, при этом головки винтов и гаек воздействуют непосредственно на внешнюю поверхность двух электродов, занимающих конечные положения в лазерном модуле.
Хотя этот лазерный модуль эффективно решает вышеупомянутую проблему обеспечения надежного соединения между диодами и электродами, позволяя легко регулировать и/или заменять электроды, у него есть определенные проблемные аспекты, которые можно было бы улучшить. В частности, одним из недостатков является риск повреждения концевых электродов из-за того, что головки винтов и соответствующие гайки в зонах зажима воздействуют непосредственно на них, принимая во внимание: с одной стороны, что эти электроды изготовлены из относительно мягкого электропроводящего материала, такого как медь и, с другой стороны, что сечение электродов уменьшается в указанных зонах зажима за счет отверстий, выполненных для крепления винтов.
Дополнительным недостатком изобретения, раскрытого в патенте ES 2191559 B1, является то, что верхний и нижний концевые электроды открыты без какого-либо элемента защиты от возможных случайных ударов, что увеличивает риск повреждения лазерного модуля.
Целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного лазерного модуля, который обеспечивает правильное крепление между всеми уложенными в штабель компонентами модуля, защищает концевые электроды, чтобы они не подвергались случайным ударам, и гарантирует, что винты и гайки зажимных элементов не воздействуют непосредственно на указанные концевые электроды, тем самым предотвращая их повреждение.
Заявителю неизвестно о существовании какого-либо предшествующего уровня техники с техническими, структурными и функциональными характеристиками, аналогичными характеристикам настоящего изобретения.
ОБЪЯСНЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Модуль лазерного соединения, являющийся предметом изобретения, с техническими характеристиками, изложенными в п. 1 формулы изобретения, удовлетворительно устраняет вышеупомянутые недостатки.
В частности, модуль подключения лазера по изобретению относится к типу, используемому для электрического соединения между лазерными диодами и расположенными поочередно электродами и лазерными диодами, и может быть снабжен внутренними каналами для циркуляции охлаждающей жидкости.
Этот модуль подключения лазера имеет технические характеристики, которые позволяют закреплять все его компоненты и удерживать их вместе, и одновременно обеспечивать защиту концевых электродов, предотвращая их повреждение из-за случайного удара или из-за зажимных винтов и гаек, действующих непосредственно на указанные концевые электроды; и без указанного зажима винты проходят через электроды источника питания лазерных диодов.
Более конкретно, этот модуль подключения лазера относится к типу, описанному в п. 1 формулы, содержащий: несколько наложенных друг на друга электродов, соединенных в чередующемся порядке с противоположными полюсами источника электропитания; по меньшей мере один лазерный диод, установленный между обращенными поверхностями последовательных электродов, контактирующих с указанными электродами; и средство для зажима узла электродов и лазерных диодов вместе. Согласно изобретению, для достижения предложенных целей этот модуль лазерного соединения содержит:
- внешнюю конструкцию, ограничивающую пространство, определяемое зоной светового излучения лазерных диодов, и подходящую для размещения узла лазерных диодов и электродов, наложенных друг на друга в чередующемся порядке,
- зажимное средство, установленное на первом конце конструкции, которое прижимает узел электродов и лазерных диодов ко второму противоположному концу указанной конструкции, обеспечивая их крепление и взаимный контакт лазерных диодов с последовательными электродами, и,
- промежуточную защитную пластину, расположенную между зажимным средством и концевым электродом, ближайшим к указанному зажимному средству.
Указанная внешняя конструкция содержит: верхнюю часть, образующую первый конец конструкции; нижнюю часть, образующую второй конец конструкции, и средство для крепления указанных верхней и нижней частей в параллельном положении, разделенных вертикально на подходящем расстоянии для свободного размещения электрода и узла лазерного диода между указанными верхней и нижней частями; так что зажимное средство отвечает за прижатие электрода и узла лазерного диода к нижней части конструкции.
Внешняя конструкция обеспечивает надлежащую защиту узла электрода и лазерного диода, одновременно служа опорой для зажимных средств, ответственных за прижатие узла электрода и лазерного диода к нижней части или второму концу конструкции, при этом указанные зажимные средства не проходят через какой-либо из вышеупомянутых элементов или не ослабляют их.
Зажимное средство содержит зажимные шпильки, установленные в резьбовых отверстиях, определенных для этой цели в верхней части или первом конце конструкции. В свою очередь, промежуточная пластина, расположенная между зажимными шпильками и ближайшим к ним верхним электродом, изготовлена из прочного материала, который тверже электродов, его функция заключается в предотвращении повреждения зажимными шпильками верхнего электрода во время затягивания указанных шпилек.
Средства для крепления верхней и нижней частей конструкции могут иметь различные конфигурации, состоящие из крепежных винтов; или из трубчатых прокладок, расположенных между верхней и нижней частями и установленных на крепежных винтах; или из направляющих колонн, расположенных между верхней и нижней частями и прикрепленных своими концами к указанным верхней и нижней частям. В любом случае; указанное средство крепления гарантирует надлежащее разделение между верхней и нижней частями конструкции для неограниченного размещения узла электродов и лазерных диодов.
Модуль подключения лазера включает в себя средство для выравнивания последовательных электродов в вертикальном направлении, которое, в зависимости от средства крепления конструкции, может состоять из штифтов, размещенных в вертикальных отверстиях, выполненных для этой цели в последовательных электродах, или из самих направляющих колонн; во втором случае электроды имеют углубления в их контуре, которые имеют конфигурацию, дополняющую часть секции направляющих колонн и подходящую для сборки электродов в качестве элемента скольжения между указанными направляющими колоннами; указанные направляющие колонны образуют одновременно средство для разделения верхней и нижней частей конструкции и средство для вертикального выравнивание электродов.
В одном варианте осуществления изобретения лазерные диоды расположены между некоторыми передними концами электродов, модуль содержит электроизолирующие прокладки, расположенные между задними концами указанных последовательных электродов и имеющие толщину, аналогичную толщине лазерных диодов, указанные прокладки предотвращают соприкосновение последовательных электродов друг с другом, не вызывая короткое замыкание.
В этом варианте осуществления модуля зажимное средство содержит передние шпильки, которые прижимают передний конец электродов к лазерным чипам, и задние шпильки, которые прижимают задний конец электродов к электроизолирующим прокладкам, причем указанные передняя и задняя шпильки компенсируют зажим на соответствующих концах электродов.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В дополнение к представленному описанию и для того, чтобы обеспечить лучшее понимание характеристик изобретения, описание в настоящем документе сопровождается чертежами, являющимися его неотъемлемой частью, на которых в иллюстративных и неограничивающих целях представлено следующее:
- На фиг. 1 показан перспективный вид в разрезе примера варианта осуществления модуля подключения лазера, снабженного одним лазерным диодом.
- На фиг. 2 показан перспективный вид модуля подключения лазера на фиг. 1, после сборки.
- На фиг. 3, 4 и 5 показаны виды спереди, сбоку и сверху, соответственно, модуля подключения лазера на предыдущих рисунках, в собранном положении.
- На фиг. 6 показан перспективный вид в разрезе модуля подключения лазера согласно изобретению, который в данном случае содержит множество лазерных диодов, чередующихся с соответствующими электродами.
- На фиг. 7 показан перспективный вид модуля подключения лазера на фиг.6, после сборки.
- На фиг. 8 показан перспективный вид в разрезе модуля подключения лазера, в котором конструкция включает в себя направляющие колонны, которые являются частью средства для крепления верхней и нижней частей и вертикального выравнивания электродов.
- На фиг. 9 показан перспективный вид модуля подключения лазера на фиг. 8 в собранном положении.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С учетом вышеупомянутых рисунков и в соответствии с принятой нумерацией можно увидеть два неограничивающих примера осуществления рекомендуемого модуля лазерного соединения, содержащих детали и элементы, указанные и подробно описанные ниже.
В примере осуществления, показанном на фиг. 1-5, модуль (1) подключения лазера содержит: электроды (2), соединенные в чередующемся порядке с противоположными полюсами источника электропитания; прокладку (3), расположенную между обращенными поверхностями последовательных электродов (2) для предотвращения их прямого контакта и короткого замыкания, по меньшей мере один лазерный диод (4), установленный между обращенными поверхностями последовательных электродов (2), контактирующий с ними в области, оставленной свободной соответствующей прокладкой (3); и зажимное средство (6) для зажима узла электродов (2) и лазерных диодов (4) друг к другу.
Прокладка (3) имеет меньшую поверхность, чем обращенные друг к другу поверхности электродов (2). Согласно изобретению модуль (1) содержит внешнюю конструкцию (5), ограничивающую пространство, определяемое зоной светового излучения лазерного диода (4) и пригодную для размещения узла электродов (2) и лазерных диодов (4); зажимное средство (6) установлено на первый конец конструкции (5) и прижимает узел электродов (2) и лазерных диодов (4) ко второму противоположному концу указанной конструкции, обеспечивая последовательное крепление и взаимный контакт лазерных диодов (4) с электродами (2).
Модуль (1) содержит установленную между зажимным средством (6) и электродом (2), ближайшим к указанному зажимному средству (6), промежуточную пластину (50), защищающую указанный концевой электрод (2).
Внешняя конструкция (5) содержит: - верхнюю часть (а), образующую первый конец конструкции (5) и снабженную резьбовыми отверстиями (55), в которых установлены шпильки (60), образующие часть зажимного средства (6), - нижнюю часть (в), образующую второй конец конструкции (5), и - средство для крепления указанны; верхней (а) и нижней (в) частей в параллельном положении, разделенных вертикально на подходящем расстоянии для свободного размещения электрода и узла лазерного диода между указанными верхней и нижней частями.
В этом первом примере осуществления средство для крепления верхней (а) и нижней (в) частей внешней конструкции (5) содержит крепежные винты (51), установленные со вставкой шайб (54) в сквозные отверстия (52), выполненные в верхней части (а), и вставленные в резьбовые отверстия (53) нижней части (b), позволяющие регулировать зазор между верхней (а) и нижней (b) частями внешней конструкции (5). Модуль (1) имеет разъемы (7) для подключения источника электропитания (не показано) электродов (2) и внутренние трубопроводы (10) для циркуляции охлаждающего продукта.
В этом примере осуществления модуль (1) включает в себя средство для вертикального выравнивания последовательных электродов (2), состоящее из штифтов (8), размещенных в вертикальных отверстиях, выполненных для этой цели в последовательных электродах (2) и в верхней (а) и нижней (в) частях внешней конструкции (5); между этими элементами установлены уплотнения (9) для предотвращения утечки.
В указанном примере осуществления лазерные диоды (4) расположены между передними концами электродов (2), а прокладки (3), электрически изолирующие и имеющие толщину, аналогичную толщине лазерных диодов (4), расположены между последовательными задними концами электродов (2).
В этом конкретном варианте осуществления зажимное средство содержит: передние шпильки (60), которые прижимают передний конец электродов (2) к лазерным диодам (4), и задние шпильки (61), которые прижимают задний конец электродов (2) к электроизолирующим прокладкам (3).
В примере осуществления, показанном на фиг. 6 и 7, модуль подключения лазера имеет конфигурацию, аналогичную описанной выше, включающую в этом случае большее количество электродов (2) и лазерных диодов (4), расположенных в чередующемся порядке.
В этом примере осуществления средство для крепления верхней (а) и нижней (b) частей конструкции (5) содержит трубчатые распорки (56), расположенные между указанными верхней (а) и нижней (b) частями и установленные на крепежных винтах (51), указанные трубчатые прокладки (56) являются именно теми, которые определяют разделение между верхней (а) и нижней (b) частями.
В примере осуществления, показанном на фиг.8 и 9 средство для крепления верхней (а) и нижней (b) частей конструкции (5) содержит направляющие колонны (57), расположенные между верхней (а) и нижней (b) частями и прикрепленные на их концах посредством винтов (58) к упомянутым верхней и нижней частям.
В этом варианте осуществления электроды (2) имеют углубления (21) по своему контуру, причем указанные углубления имеют дополнительную конфигурацию к части секции направляющих колонн (57) и подходят для установки электродов (2) в качестве скользящего элемента между направляющими колоннами; указанные направляющие колонны (57) образуют одновременно средство для разделения верхней (а) и нижней (в) частей конструкции и средство для вертикального выравнивания электродов (2).
Использование этих направляющих колонн (57) является предпочтительным по сравнению с предыдущими вариантами осуществления, поскольку оно позволяет исключить штифты (8) и расположить шпильки (60), образующие зажимное средство (6), в центрированном положении относительно узла электродов (2) и лазерных диодов (4), избегая использования электроизолирующих прокладок (3) и второго набора шпилек (61) для прижатия электродов (2) к указанным прокладкам (3).
Достаточно описав сущность изобретения и приведя пример предпочтительного варианта осуществления, настоящим для соответствующих целей указывается, что материалы, форма, размер и расположение описанных элементов могут быть изменены при условии, что не будут изменены существенные признаки заявленного ниже изобретения.