DE102009037979A1 - Vorrichtung zum Koppeln von Diodenlasern - Google Patents

Vorrichtung zum Koppeln von Diodenlasern Download PDF

Info

Publication number
DE102009037979A1
DE102009037979A1 DE102009037979A DE102009037979A DE102009037979A1 DE 102009037979 A1 DE102009037979 A1 DE 102009037979A1 DE 102009037979 A DE102009037979 A DE 102009037979A DE 102009037979 A DE102009037979 A DE 102009037979A DE 102009037979 A1 DE102009037979 A1 DE 102009037979A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
axis
laser diodes
bars
single emitter
fast
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102009037979A
Other languages
English (en)
Inventor
Georg Meyndt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Planarx De GmbH
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102009037979A priority Critical patent/DE102009037979A1/de
Publication of DE102009037979A1 publication Critical patent/DE102009037979A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0608—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4296—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
    • 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
    • H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms
    • 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
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • 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
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02251—Out-coupling of light using optical fibres
    • 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
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • H01S5/02326—Arrangements for relative positioning of laser diodes and optical components, e.g. grooves in the mount to fix optical fibres or lenses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Laserdioden in der Materialbearbeitung (Schweißen, Härten, Löten usw.) werden als Alternative zu den konventionellen Laserquellen (CO2 Laser, Festkörperlaser usw.) durch die Energiebilanz (Wirkungsgrad) Kosten und einfaches Handling immer interessanter. Um die notwendige Leistung in der Materialbearbeitung zu erreichen (Größenordnung kW) müssen mehrere Laserdioden gekoppelt werden. Leider geht das Koppeln mehrerer Dioden durch die gängigen Verfahren (stapeln) zu Lasten des Strahlparameterproduktes, was soweit führt, dass das Strahlparameterprodukt der Gesamtanordnungen (Fokussierbarkeit, Energie und Leistungsdichte) so schlecht wird, dass ein direktes Einsetzen in der Materialbearbeitung nicht mehr möglich ist. Die im Patent beschriebene Vorrichtung zum Koppeln mehrerer Laserdioden (Einzelemitter oder Diodenbarren) ermöglicht das Koppeln rprodukt der Gesamtanordnung. (Annähernd gleich dem Strahlparameterprodukt der Einzeldioden bzw. Diodenbarren in der slow-axis). Dieses ermöglicht das direkte Einsetzen der Laserdioden in der Materialbearbeitung ohne den Umweg des Pumpens anderer aktiven Medien, sowie das Einkoppeln in sehr dünne Lichtwellenleiter die den Weitertransport der Laserstrahlung zum Werkstück ohne weiteren Verlust der Leistung (bis auf geringe Verluste durch das Ein- und Auskoppeln) und ohne Verschlechterung des Strahlparameterproduktes ermöglicht. Das direkte Einsetzen der Laserdioden durch das Koppeln ...

Description

  • Diodenlaser oder Diodenbarren haben in der letzten Zeit eine immer höhere Leistung erreicht, so dass sie ein fester Bestandteil in der Materialbearbeitung (Schweißen, Härten, Löten usw.) geworden sind. Die einzelnen Laserdioden (Einzelemitter oder Diodenbarren) haben noch eine relativ geringe Leistung (Bereich 10–20 W bzw. Barren ca. 200 W) im Vergleich zu den Leistungen die in der Materialbearbeitung benötigt werden (Größenordnung 1–5 kW). Um auf diese Leistung zu gelangen müssen mehrere Laserdioden gekoppelt werden, um durch die Summierung der Leistung auf die benötigte Gesamtleistung zu kommen. Zu den bekannten Verfahren gehören:
    • • Mehrere Emitter auf einem Substrat aufzubauen, üblicherweise 10–12 Stück die sogenannten Diodenbarren
    • • Das Stapeln mehrer Barren zu sogenannten Stacks
    • • Wellenlängenkopplung über dichroitische Spiegel
    um nur die wichtigsten Verfahren zu nennen.
  • Das Problem beim koppeln mehrer Laserdioden besteht darin, das das Strahlparameterprodukt (Produkt aus Taillenradius und Öffnungswinkel der Laserstrahlung) der Gesamtanordnung immer schlechter wird, so dass die resultierende Strahlung kaum geeignete Eigenschaften (Fokussierbarkeit, Energiedichte sowie Leistungsdichte) für die direkte Materialbearbeitung besitzt. Aus diesem Grund werden die meisten Laserdioden (Einzelemitter oder Barren) meistens zum Pumpen anderer aktiver Medien verwendet. (Faserlaser oder Diodengepumpte Festkörperlaser) Der Wirkungsgrad solcher Anordnungen ist aber < 50% und der kosten und technische Aufwand nicht unerheblich.
  • Daher ist die Idee naheliegend, Diodenlaser so zu koppeln, das am Ende der Gesamtanordnung die notwendige Leistung und ein Strahlparameterprodukt erreicht wird, das für die direkte Materialbearbeitung (Schweißen, Härten, Löten usw.) geeignet ist. Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch aufgeführten Merkmale so gelöst dass man die Diodenlaser (Einzelemitter oder Barren) räumlich so anordnet das das Strahlparameterprodukt in der slow-axis erhalten bleibt und die Kopplung nur zu Lasten des Strahlparameterproduktes der fast-axis geht. Dadurch kann man ein Strahlparameterprodukt der Gesamtanordnung erreichen, das nicht schlechter als das Strahlparameterprodukt der slow-axis der Einzelemitter ist.
  • Ausführungsbeispiel
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der 1, 2 und 3 dargestellt und ist im Folgenden näher beschrieben.
  • Die Einzelemitter oder Diodenbarren (1) sind auf einer Kühlsenke (6) rotationssymmetrisch (Sternförmig in Anlehnung an den Sternmotor) zur Optischen Achse (7) montiert (1) so dass die fast-axis (3) sich in einer Ebene mit der optischen Achse (7) der Gesamtanordnung befindet und die jeweiligen Strahlen der Einzelemitter oder Barren durch die Fokussieroptik (3) auf einen Punkt (8) (Fokus) auf der optischen Achse fokussiert werden. Rechnet man den Strahlverlauf der Einzelemitter oder Diodenbarren in der slow-axis und in der fast-axis durch, kann man sehen, dass sich das Strahlparameterprodukt in der slow-axis nicht verschlechtert, sondern nur das Strahlparameterprodukt in der fast-axis, wobei das Strahlparameterprodukt nicht schlechter wird als in der slow-axis.
  • Durch diese Art der Anordnung wird es möglich mehrere Einzelemitter oder Diodenbarren so zu koppeln das das Strahlparameterprodukt der Gesamtanordnung in der fast-axis nicht schlechter wird als das Strahlparameterprodukt der Einzelemitter in der slow-axis, und das Koppeln nur zu Lasten des Strahlparameterproduktes der fast-axis geht, wobei dieses nicht schlechter wird als das Strahlparameterprodukt der slow-axis der Einzelemitter bzw. Barren.

Claims (3)

  1. Vorrichtung zum Koppeln mehrer Laserdioden (Einzelemitter oder Diodenbarren) dadurch gekennzeichnet: das die Laserdioden (Einzelemitter oder Diodenbarren) rotationssymmetrisch (sternförmig) zur optischen und mechanischen Achse angeordnet sind.
  2. Vorrichtung zum Koppeln mehrer Laserdioden (Einzelemitter oder Diodenbarren) nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet: dass sich die fast-axis der Laserdioden oder Barren immer in einer Ebene mit der optischen Achse der Gesamtanordnung befindet.
  3. Vorrichtung zum Koppeln mehrer Laserdioden (Einzelemitter oder Diodenbarren) nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet: dass das Koppeln der Laserdioden nur zu Lasten des Strahlparameterproduktes in der fast-axis geht, wobei das Strahlparameterprodukt der Gesamtanordnung in der slow-axis weitgehend gleich mit dem Strahlparameterprodukt der Einzelemitter oder Diodenbarren in der slow-axis bleibt.
DE102009037979A 2009-08-18 2009-08-18 Vorrichtung zum Koppeln von Diodenlasern Withdrawn DE102009037979A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009037979A DE102009037979A1 (de) 2009-08-18 2009-08-18 Vorrichtung zum Koppeln von Diodenlasern

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009037979A DE102009037979A1 (de) 2009-08-18 2009-08-18 Vorrichtung zum Koppeln von Diodenlasern

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009037979A1 true DE102009037979A1 (de) 2011-02-24

Family

ID=43495405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009037979A Withdrawn DE102009037979A1 (de) 2009-08-18 2009-08-18 Vorrichtung zum Koppeln von Diodenlasern

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009037979A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011012511A1 (de) * 2011-02-25 2012-08-30 Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Überlagerung von Laserstrahlen einer Mehrzahl von Laserlichtquellen in einer Arbeitsebene
WO2013148218A2 (en) * 2012-03-27 2013-10-03 Flir Systems, Inc. Scalable laser with selectable divergence
EP2669038A1 (de) * 2012-05-31 2013-12-04 Agie Charmilles New Technologies SA Laserkopf mit zwei Laserquellen
WO2019096345A1 (de) * 2017-11-14 2019-05-23 Scansonic Mi Gmbh Verfahren und vorrichtung zum laserhärten von werkstücken mittels einer mehrzahl von räumlich getrennten einzellaserstrahlen

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011012511A1 (de) * 2011-02-25 2012-08-30 Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Überlagerung von Laserstrahlen einer Mehrzahl von Laserlichtquellen in einer Arbeitsebene
WO2013148218A2 (en) * 2012-03-27 2013-10-03 Flir Systems, Inc. Scalable laser with selectable divergence
WO2013148218A3 (en) * 2012-03-27 2013-11-21 Flir Systems, Inc. Illumination or pointing device comprising an array of diode lasers
CN104220922A (zh) * 2012-03-27 2014-12-17 菲力尔系统公司 包括二极管激光器阵列的照明或指示设备
US20150198295A1 (en) * 2012-03-27 2015-07-16 Flir Systems, Inc. Scalable laser with selectable divergence
US9328875B2 (en) 2012-03-27 2016-05-03 Flir Systems, Inc. Scalable laser with selectable divergence
CN104220922B (zh) * 2012-03-27 2017-06-23 菲力尔系统公司 包括二极管激光器阵列的照明或指示设备
EP2669038A1 (de) * 2012-05-31 2013-12-04 Agie Charmilles New Technologies SA Laserkopf mit zwei Laserquellen
US9180551B2 (en) 2012-05-31 2015-11-10 Agie Charmilles New Technologies Sa Dual laser head
WO2019096345A1 (de) * 2017-11-14 2019-05-23 Scansonic Mi Gmbh Verfahren und vorrichtung zum laserhärten von werkstücken mittels einer mehrzahl von räumlich getrennten einzellaserstrahlen

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009037979A1 (de) Vorrichtung zum Koppeln von Diodenlasern
EP1531963A1 (de) Strahlformungseinheit mit zwei axicon-linsen und vorrichtung mit einer solchen strahlformungseinheit zum einbringen von strahlungsenergie in ein werkstück aus einem schwach absorbierenden material
DE112006003317T5 (de) Gleichzeitig modenverriegelter, gütegeschalteter Laser
AT515674B1 (de) Festkörperlaser
EP1540786B1 (de) Halbleiterlaservorrichtung
EP1071178B1 (de) Modensynchronisierter Festkörperlaser
DE19841040A1 (de) Vorrichtung zum Markieren einer Oberfläche mittels Laserstrahlen
EP2880723B1 (de) Pumpeinrichtung zum pumpen eines verstarkenden lasermediums
DE112015005208B4 (de) Laserverstärkungsvorrichtung, Laservorrichtung und Laser- Kernfusionsreaktor
EP1722450A1 (de) Anamorphotischer scheibenförmiger Festkörperlaser
EP1333547A2 (de) Festkörper-Laserverstärker
WO2017194489A1 (de) Festkörper, laserverstärkungssystem und festkörperlaser
EP1637919A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Überlagerung von Strahlenbündeln
DE10118291C2 (de) Vorrichtung zum Laser-Belichten einer Fläche von metalischen Werkstücken und deren Verwendung
WO2014135358A1 (de) Laserverfahren mit unterschiedlichen laserstrahlbereichen innerhalb eines strahls und vorrichtungen
EP2976816B1 (de) Laseranordnung
DE102018003813A1 (de) Optische Verstärkeranordnungen
DE102012008768B4 (de) Verstärker-Anordnungen mit Modulatoren
DE102007063492A1 (de) Vorrichtung zur Frequenzverdopplung von Laserstrahlung
DE102012215487B4 (de) Zündeinrichtung für eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine
DE4411599C2 (de) Pumpanordnung eines transversal angeregten Festkörperlaser
EP2523277B1 (de) Laser-Resonator zur Erzeugung frequenzkonvertierter Laserstrahlung
WO2023198522A1 (de) Laserschockhärtung einer oberfläche
DE102008026792A1 (de) Laserbearbeitungsvorrichtung und Laserbearbeitungsverfahren mittels Aperturabbildung
DE102013004406B4 (de) Nichtlineare Verstärker

Legal Events

Date Code Title Description
8122 Nonbinding interest in granting licences declared
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: PLANARX GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: MEYNDT, GEORG, 82515 WOLFRATSHAUSEN, DE

R012 Request for examination validly filed
R120 Application withdrawn or ip right abandoned