Диодные лазеры

Разработка и создание мощных источников излучения на основе несфазированной и сфазированной сборки лазерных диодов. Работа проводится при поддержке Министерства образования и науки РФ. Государственный контракт №14.740.11.0073 от 06 сентября 2010 г.

(Разработчик – ООО «Новые Энергетические Технологии» совместно
с Институтом общей физики им. А.М. Прохорова РАН)

Общая характеристика

Многомодульная матрица лазерных диодов является мощным и компактным источником лазерного излучения широкого технологического назначения. Она представляет собой компактную сборку типа «стэк» из нескольких унифицированных лазерных диодных модулей (ЛДМ). Каждый из ЛДМ содержит линейку лазерных диодов, припаянную на водоохлаждаемый микротеплообменник. Жесткий корпус матрицы обеспечивает высокую ударную и вибрационную стойкость.

базовые параметры многомодульной матрицы лазерных диодов
количество лазерных диодных модулей 1÷20
размеры модуля 11х25х1,8 мм
длины волны излучения 808÷980 нм (при 25°С)
режимы работы непрерывный и импульсный
эффективность (к.п.д.) около 50% в непрерывном режиме
выходная мощность на один ЛДМ 40 – 80Вт – в непрерывном режиме
до 300 Вт пиковой – в импульсном режиме;
расходимость пучка излучения одного ЛДМ 0,6°/40° ‑ по быстрой оси с/ без коллимирующими линзами,
>10° ‑ по медленной;
рабочая температура окружающего воздуха 15&÷45°С;
среднее время безотказной работы 15 000 часов
среднее время непрерывной работы 5 000 часов

Данное лазерное устройство не имеет аналогов в России, а по сравнению с зарубежными аналогами имеет ряд отличительных особенностей:

  • минимальное искривление диодной линейки в ЛДМ в процессе сборки (смайл), которое не превышает 1 мкм.
  • предусмотрена возможность закрепления на корпусе различных специально оптических насадок, в том числе, оптических систем ввода излучения в оптоволокно.

Области применения

Многомодульная матрица лазерных диодов разработана как универсальный узел для устройств различного технологического назначения. По сравнению с другими типами технологических лазеров диодная матрица имеет высокий к.п.д., характеризуется компактностью, простотой в эксплуатации, надежностью и долговечностью, имеет наилучшее соотношение мощность/стоимость.

В настоящее время наибольшая доля потребностей в мощных диодных лазерах приходится на оборудование для обработки материалов и изделий из металлов и пластиков. С помощью излучения мощных диодных лазеров могут выполняться следующие операции:

  • Раскрой и резка материалов. Преимущества лазерной резки по сравнению с механической варьируются в зависимости от специфики задачи, но в общем случае ее выгодно отличают очень высокая точность, бесконтактность и малые размеры области воздействия на материал.
  • Сварка. Сфокусированное излучение диодной матрицы с сечением пучка в форме утолщенного отрезка идеально подходит для выполнения шовной сварки в непрерывном режиме. Оно обеспечивает глубокий, однородный и быстрый прогрев соединяемых поверхностей, не повреждает граничащие с зоной сварки участки изделий, что обуславливает высокое качество шва.
  • Пайка твердым припоем. Лазерно-диодная пайка обладает следующими важными достоинствами: она существенно снижает разбрызгивание припоя, дает более низкий и локализованный тепловой вклад с минимальной термической дисторсией, обеспечивает производительность, превышающую традиционную пайку в среде инертных газов.
  • Поверхностная наплавка. И в данной операции форма пятна матрицы в виде полоски обеспечивает высокую производительность обработки больших поверхностей, позволяя получать равномерные тонкие и широкие слои наплавляемого материала с минимальным разбавлением материала подложки.
  • Термическая обработка поверхностей. За счет того, что большинство металлов имеют высокие коэффициенты поглощения для длин волн диодных матриц, термическая обработка существенно упрощается. Нагрев четко локализован, что минимизирует деформацию даже тонких изделий. В результате диодные лазеры обеспечивают высокопрочные покрытия без растрескивания и сколов.

Другим быстро растущим применением мощных диодных матриц, характеризующимся значительными объемами потребности в них, является диодная накачка твердотельных лазеров. Переход на диодные лазеры вместо низкоэффективных, импульсных ламп накачки, позволяет создавать надежные компактные твердотельные лазеры с высоким к.п.д.

Помимо указанных применений мощные диодные матрицы также требуются для следующих видов устройств и оборудования:

  • Системы открытой (атмосферной) оптической связи:
    • оптико-волоконные локальные информационные сети,
    • линии атмосферной оптической связи,
    • оптические переключатели;
  • Устройства военного и специального назначения:
    • авиационные и космические электронно-оптические приборы,
    • базовые модули, лазерных локаторов и информационных лазерных комплексов,
    • военные тренажеры,
    • лазерная пиротехника;
  • Медицинское оборудование для:
    • офтальмологии (хирургии и фотокоагуляции),
    • общей клинической хирургии и терапии,
    • фотодинамической терапии и хирургии,
    • косметологии и пластической хирургии,
    • физиотерапии;
  • Научно-исследовательское оборудование;
  • Контрольно-измерительное оборудование:
    • лазерные дальномеры и теодолиты,
    • системы экологического мониторинга окружающей среды,
    • лидары;
  • Полиграфия (изготовление печатных форм);
  • Системы поджига топливных смесей в ракетных двигателях и двигателях внутреннего сгорания;
  • Системы освещения и иллюминации.

Разработка защищена патентами РФ на полезные модели №№ 76173, 76174, 76175 от 10.09.2008г. и №77113 от 10.10.2008г. «Линейка лазерных диодов».

Подана заявка на изобретение 03.04.2009г. «Способ многоразового лазерного поджига ракетных топливных смесей и устройство, его реализующее».

Патенты

Все проекты направления "Лазерные технологии"