RU188813U1 - Лазерный диодный модуль - Google Patents
Лазерный диодный модуль Download PDFInfo
- Publication number
- RU188813U1 RU188813U1 RU2018146800U RU2018146800U RU188813U1 RU 188813 U1 RU188813 U1 RU 188813U1 RU 2018146800 U RU2018146800 U RU 2018146800U RU 2018146800 U RU2018146800 U RU 2018146800U RU 188813 U1 RU188813 U1 RU 188813U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- array
- laser diodes
- laser
- radiation
- mutually orthogonal
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 16
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0905—Dividing and/or superposing multiple light beams
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0938—Using specific optical elements
- G02B27/095—Refractive optical elements
- G02B27/0955—Lenses
- G02B27/0966—Cylindrical lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к оптике, а точнее к лазерным оптическим системам, предназначенным для применения в качестве источника излучения для обработки материалов, включая аддитивные технологии.Полезная модель представляет собой лазерный диодный модуль, содержащий массив лазерных диодов в корпусе для полупроводниковых приборов с тремя выводами, смонтированных на едином основании с обеспечением сонаправленного излучения, коллимирующую систему из цилиндрических линз в двух взаимно перпендикулярных направлениях, систему для уплотнения пучка излучения от массива лазерных диодов, фокусирующую линзу, предназначенную для ввода излучения в оптическое волокно. Массив лазерных диодов выполнен в виде двумерной матрицы, система из цилиндрических линз выполнена по числу взаимно ортогональных рядов в матрице, а система уплотнения пучка излучения от массива лазерных диодов выполнена из двух взаимно ортогональных ступенчатых зеркал.Технический результат заключается в упрощении юстировки и сборки системы, и повышении коэффициента полезного действия устройства. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к оптике, а точнее к лазерным оптическим системам, предназначенным для применения в качестве источника излучения для обработки материалов, включая аддитивные технологии.
Известны патенты, описывающие конструкции лазерных диодных модулей с волоконным выходом, которые содержат оптическую систему согласования массивов лазерных диодов с оптическим волокном, включающие коллимирующую систему из цилиндрических линз в двух взаимно перпендикулярных направлениях, систему пространственного перераспределения пучка и фокусировки лазерного пучка на торец оптического волокна. В том числе в качестве такого массива применяют двумерные стеки лазерных диодов [US 2015/0085370 А1 - дата опубликования 26.03.2015, US 2005/0063435 А1 - дата опубликования 24.03.2015], а также объединяют несколько массивов лазерных диодов в корпусе для полупроводниковых приборов с тремя выводами типа ТО (от англ. «Transistor Outline» Package) с помощью поляризационного соединения [US 2016/0322777 А1 - дата опубликования 03.11.2016].
Прототипом предлагаемой полезной модели является конструкция лазерного диодного модуля [WO 2014/179345, B23K 26/342 - дата опубликования 29.04.2013], содержащая одномерный массив лазерных диодов в корпусе ТO56, смонтированных на едином основании с обеспечением сонаправленного излучения, цилиндрические асферические линзы для коллимации излучения в плоскости перпендикулярной p-n переходу полупроводникового лазерного диода, телескопическую систему из двух цилиндрических линз в плоскости параллельном p-n переходу полупроводниковых лазерных диодов составного лазерного пучка, систему уплотнения лазерного пучка из микрозеркал или призм, каждая из которых работает с отдельным излучателем в массиве, также единое зеркало, расположенное под углом 45 градусов, отклоняющее оптическую ось в том же сечении, что и массив микрозеркал или призм, а также линзу для фокусировки составного лазерного пучка на торец оптического волокна. Для увеличения выходной оптической мощности авторы прототипа предлагают объединять одномерные массивы парами со смещением одного массива относительно другого на половину корпуса элемента, для заполнения промежутков между соседними лазерными пучками в массиве. Объединение излучения от нескольких массивов осуществляется с помощью призм. Недостатком предлагаемого решения является большое количество оптических элементов, усложняющую юстировку оптической системы. Кроме того, предложенный метод объединения попарно одномерных массивов излучателей ограничивает выходную оптическую мощность устройства.
Задачей полезной модели является уменьшение количества оптических элементов, а, следовательно, упрощение юстировки и сборки системы. Данная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в повышении коэффициента полезного действия устройства. Технический результат достигается благодаря использованию двумерной матрицы лазерных диодов в корпусе типа ТО в качестве источников излучения, единой для каждого ряда излучателей в двумерном массиве асферических цилиндрических линз, обеспечивающие коллимацию пучков в плоскости перпендикулярной p-n переходам полупроводниковых лазерных диодов, цилиндрических линз для коллимации в плоскости параллельной p-n переходам полупроводниковых лазерных диодов, конструктивно объединенных в монолитную линзу с периодом равным расстоянию между соседними излучателями, двух монолитных ступенчатых массивов зеркал для уплотнения единого лазерного пучка во взаимно перпендикулярных сечениях, а также линзу для фокусировки лазерного пучка на торец оптического волокна в область диаметром не более сердцевины оптического волокна и углом падения менее числовой апертуры.
Оптическая схема предложенной полезной модели приведена на фигурах в двух сечениях: фигура 1 - в плоскости параллельной p-n переходу полупроводниковых лазерных диодов, фигура 2 - плоскость перпендикулярная излучению лазерных диодов для демонстрации хода лазерных пучков после массивов ступенчатых зеркал. Здесь 1 - единое основание для монтажа лазерных диодов, 2 - лазерные диоды в корпусе ТО, 3 - цилиндрические линзы для коллимации лазерных пучков в плоскости перпендикулярной плоскости излучения эмиттера, 4 - массив цилиндрических линз коллимации лазерных пучков в плоскости параллельной плоскости излучения эмиттера, объединенные в монолитную линзу с периодом, равным расстоянию между соседними излучателями, 5, 6 - монолитные ступенчатые массивы зеркал для уплотнения единого лазерного пучка в двух взаимно ортогональных сечениях, 7 - фокусирующая линза, 8 - оптическое волокно.
Устройство работает следующим образом: пучки лазерных диодов, обладающие несимметричными характеристиками в двух взаимно ортогональных направлениях, коллимируются двумя цилиндрическими линзами для каждого отдельного излучателя: первая асферическая линза коллимирует лазерные пучки в плоскости перпендикулярном p-n переходу и имеет фокусное расстояние не менее величины расстояния, на которое заглублен торец излучающего лазерного диода относительно верхнего края корпуса, при этом конструктивно данные линзы объединены в единую для каждого ряда источников в массиве лазерных диодов, вторая коллимирущая цилиндрическая линза в плоскости параллельном плоскости p-n перехода расположенная ортогонально первым цилиндрическим линзам, при этом конструктивно эти цилиндрические линзы объединены в монолитный массив с периодической структурой. После коллимации лазерные пучки падают на первое ступенчатое зеркало, каждая ступень которого соответствует отдельному ряду источников в массиве и преломляют оптические оси лазерных пучков на 90 градусов в плоскости перпендикулярном p-n переходу, при этом за счет расположения отражающих поверхностей зеркала, единый лазерный пучок в данном направлении становится уже, а распределение мощности в пучке более равномерным в данном сечении. Далее лазерный пучок попадает на второе ступенчатое зеркало, расположенное ортогонально первому и уплотняющий пучок в плоскости параллельном p-n переходу. После уплотнения лазерного пучка, производится ввод излучения от лазерных диодов в оптическое волокно с высокой эффективностью с помощью сферической линзы. Масштабирование выходной оптической мощности производится за счет увеличения количества отдельных лазерных диодов в массиве и пропорциональна выходной оптической мощности одного излучателя.
Система рассчитана и экспериментально проверена для массива 10×10 лазерных диодов (всего 100 источников) с выходной оптической мощностью каждого 1,6 Вт, суммарная мощность всех лазерных диодов составляет 160 Вт. После прохождения лазерных лучей через коллимирующую систему, отражения от двух массивов зеркал и прохождение через линзу, обеспечивающую ввод лазерного пучка в многомодовое оптическое волокно, на выходе устройства зарегистрирована оптическая мощность 148,5 Вт, что соответствует эффективности оптической системы 92,5%.
Claims (1)
- Лазерный диодный модуль, содержащий массив лазерных диодов в корпусе для полупроводниковых приборов с тремя выводами, смонтированных на едином основании с обеспечением сонаправленного излучения, коллимирующую систему из цилиндрических линз в двух взаимно перпендикулярных направлениях, систему для уплотнения пучка излучения от массива лазерных диодов, фокусирующую линзу, предназначенную для ввода излучения в оптическое волокно, отличающийся тем, что массив лазерных диодов выполнен в виде двумерной матрицы, система из цилиндрических линз выполнена по числу взаимно ортогональных рядов в матрице, а система уплотнения пучка излучения от массива лазерных диодов выполнена из двух взаимно ортогональных ступенчатых зеркал.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018146800U RU188813U1 (ru) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Лазерный диодный модуль |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018146800U RU188813U1 (ru) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Лазерный диодный модуль |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU188813U1 true RU188813U1 (ru) | 2019-04-24 |
Family
ID=66314905
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018146800U RU188813U1 (ru) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Лазерный диодный модуль |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU188813U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2791258C1 (ru) * | 2022-08-03 | 2023-03-06 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс") | Способ облучения поверхности детали многолучевой лазерной системой, обрабатывающая система и очиститель на его основе |
WO2024030048A1 (ru) * | 2022-08-03 | 2024-02-08 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс") | Способ облучения поверхности детали многолучевой лазерной системой |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2182346C2 (ru) * | 2000-06-20 | 2002-05-10 | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" | Сумматор оптического излучения |
WO2007149189A2 (en) * | 2006-05-31 | 2007-12-27 | University Of New Hampshire | Spectral-narrowing diode laser array system |
WO2014179345A1 (en) * | 2013-04-29 | 2014-11-06 | Zediker Mark S | Devices, systems, and methods for three-dimensional printing |
US20180011270A1 (en) * | 2015-01-23 | 2018-01-11 | Jenoptik Laser Gmbh | Laser arrangement with auxiliary ring |
-
2018
- 2018-12-27 RU RU2018146800U patent/RU188813U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2182346C2 (ru) * | 2000-06-20 | 2002-05-10 | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" | Сумматор оптического излучения |
WO2007149189A2 (en) * | 2006-05-31 | 2007-12-27 | University Of New Hampshire | Spectral-narrowing diode laser array system |
WO2014179345A1 (en) * | 2013-04-29 | 2014-11-06 | Zediker Mark S | Devices, systems, and methods for three-dimensional printing |
US20180011270A1 (en) * | 2015-01-23 | 2018-01-11 | Jenoptik Laser Gmbh | Laser arrangement with auxiliary ring |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2791258C1 (ru) * | 2022-08-03 | 2023-03-06 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс") | Способ облучения поверхности детали многолучевой лазерной системой, обрабатывающая система и очиститель на его основе |
WO2024030048A1 (ru) * | 2022-08-03 | 2024-02-08 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс") | Способ облучения поверхности детали многолучевой лазерной системой |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6778732B1 (en) | Generation of high-power, high brightness optical beams by optical cutting and beam-shaping of diode lasers | |
US7668214B2 (en) | Light source | |
US8891579B1 (en) | Laser diode apparatus utilizing reflecting slow axis collimators | |
US7079566B2 (en) | Semiconductor laser apparatus capable of routing laser beams emitted from stacked-array laser diode to optical fiber with little loss | |
US6377410B1 (en) | Optical coupling system for a high-power diode-pumped solid state laser | |
US7653115B2 (en) | Semiconductor laser device and solid-state laser device using the same | |
US6407870B1 (en) | Optical beam shaper and method for spatial redistribution of inhomogeneous beam | |
KR101774409B1 (ko) | 레이저 광원, 파장 변환 광원, 합광 광원 및 프로젝션 시스템 | |
US6683727B1 (en) | Optical arrangement for symmetrizing the radiation of two-dimensional arrays of laser diodes | |
US6700709B1 (en) | Configuration of and method for optical beam shaping of diode laser bars | |
US6888679B2 (en) | Laser diode bar integrator/reimager | |
US8437086B2 (en) | Beam combining light source | |
US8427749B2 (en) | Beam combining light source | |
CN107121781B (zh) | 光束整形装置 | |
US9513483B2 (en) | Beam shaper system for laser diode array | |
JPH10510933A (ja) | 複数のダイオードレーザアレイの放射光の集束及び整形のための装置 | |
US11048096B2 (en) | Light source device | |
JP2000098191A (ja) | 半導体レーザ光源装置 | |
JP2015015305A (ja) | レーザ装置 | |
RU188813U1 (ru) | Лазерный диодный модуль | |
Schreiber et al. | High-brightness fiber-coupling schemes for diode laser bars | |
US9823479B2 (en) | Device for shaping laser radiation | |
CN112531462B (zh) | 一种布拉格光栅外腔半导体激光器模块合束装置 | |
CN117638651A (zh) | 半导体激光器光纤耦合模块及光纤激光器 | |
CN201674110U (zh) | 一种实现半导体激光列阵光束重组和光纤耦合的装置 |