DE112015001095T5 - Laserzündvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Laserzündvorrichtung, welche in der Lage ist, eine stabile Zündung zu erreichen, welche eine Verschlechterung eines Halbleiterlaserelements verhindert, ist durch ein Unterdrücken der Intensität einer Leckage oszillierten Lichts, welches in Richtung der Seite des Halbleiterlasers aus dem Laserresonator entweicht, mit einer einfachen Konfiguration vorgesehen. Eine Laserzündvorrichtung 7 weist eine Anregungslichtquelle 1, welche kohärentes Anregungslicht LPMP emittiert, ein optisches Element 2, welches Anregungslicht LPMP überträgt, einen Laserresonator 3, welcher oszilliertes Licht, welches eine hohe Energiedichte hat, durch ein Bestrahlt-Werden mit Anregungslicht LPMP oszilliert, und ein Kondensiermittel 6 auf, welches das oszillierte Licht LPLS, welches durch den Laserresonator 3 oszilliert wird, kondensiert. Darüber hinaus ist die Laserzündvorrichtung 7 mit einem lichtdurchlässigen reflektierenden Film 5 vorgesehen, welcher zwischen der Anregungslichtquelle 1 und dem Laserresonator 3 angeordnet ist. Der lichtdurchlässige reflektierende Film 5 durchdringt das Anregungslicht LPMP, welches eine kurze Wellenlänge hat, und reflektiert die Leckage oszillierten Lichts LLEAK, welches eine lange Wellenlänge hat.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laserzündvorrichtung, in welcher eine Mehrzahl von Halbleiterlaservorrichtungen als Anregungslichtquellen verwendet werden, welche einen Laser zu einem Laserresonator über ein optisches Element übertragen, wodurch ein Pulslaser erzeugt wird, welcher eine hohe Energiedichte hat, wobei der Pulslaser innerhalb einer Verbrennungskammer einer internen Verbrennungsmaschine kondensiert bzw. konzentriert wird, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden.
  • [Stand der Technik]
  • Verschiedene Typen von Laserzündvorrichtungen wurden in Betracht gezogen. Diese Laserzündvorrichtungen werden für interne Verbrennungsmaschinen verwendet, welche eine niedrige Zündfähigkeit haben, wie beispielsweise eine Heizgasmaschine für eine Kraft-Wärme-Kopplung, eine Magerverbrennungsmaschine oder dergleichen. Jeder der Laserzündvorrichtungen verwendet ein Halbleiterlaserelement als eine Anregungslichtquelle, welches auf einen Güteschalter-Laserresonator bzw. Q-Switch-Laserresonator mit Anregungslicht, welches durch das Halbleiterlaserelement oszilliert wird, einstrahlt, um einen Pulslaser zu oszillieren, welcher eine hohe Energiedichte hat. Die Energiedichte wird ferner durch ein Verwenden eines Kondensiermittels, welches den oszillierten Pulslaser in einem Luft-Kraftstoff-Gemisch kondensiert, welches in die Verbrennungskammer eingeführt wird, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden.
  • Beispielsweise offenbart PTL1 eine Laserzündvorrichtung, welche eine Zündung einer internen Verbrennungsmaschine durchführt, welche mit einer Laservorrichtung vorgesehen ist, welche einen passiven Güteschalter aufweist, welcher einen aktiven Festkörperlaser hat. Der aktive Festkörperlaser weist einen Laser-aktiven Bereich und einen Laser-inaktiven Bereich auf, welche entworfen sind, um eine spezifische Länge zu haben.
  • Andererseits wird in der Halbleiterlaservorrichtung wenn Licht, welches von der Lichtquelle des Halbleiterlaserelements oder dergleichen emittiert wird, in verschiedene optische Elemente, optische Fasern oder dergleichen eintritt, ein Teil des Lichts an einer Einfallsoberfläche des optischen Elements oder der optischen Faser reflektiert oder gestreut und das Licht kann teilweise zu der Lichtquelle zurückkehren. In dem Fall, in dem das zurückkehrende Licht in eine aktive Schicht des Halbleiterlaserelements eintritt, kann die Wellenlänge der Oszillation gestört werden oder die Ausgabe davon kann variiert werden. Im Szenario des schlimmsten Falls ist es bekannt, dass das Halbleiterlaserelement beschädigt werden kann.
  • Demnach wird gemäß einer allgemeinen Halbleiterlaservorrichtung als ein Mittel zum Eliminieren des zurückgekehrten Lichts ein optischer Isolator verwendet. Insbesondere sind ein polarisationsabhängiger optischer Isolator, welcher von einem Polarisationszustand des einfallenden Lichtes abhängt, und ein polarisationsunabhängiger optischer Isolator, welcher nicht von einem Polarisationszustand des einfallenden Lichtes abhängt, bekannt (es sei Bezug genommen auf PTL 2 und 3).
  • Ähnlich wird für die Laserzündvorrichtung durch ein Verwenden des optischen Isolators in Betracht gezogen, dass verhindert werden kann, dass das Halbleiterlaserelement durch das zurückgekehrte Licht beschädigt werden kann.
  • [Liste der Zitate]
  • [Patentliteratur]
    • [PTL1] JP-A-2009-141362
    • [PTL2] JP-A-H11-223797
    • [PTL3] JP-A-2008-268847
  • [Kurzfassung]
  • [Technisches Problem]
  • In dem Fall jedoch, in dem eine Mehrzahl von Halbleiterlaservorrichtungen als Anregungslichtquellen in der Laserzündvorrichtung verwendet wird, um die Ausgangsenergie zu erhöhen, wodurch eine Zündung einer internen Verbrennungsmaschine, welche eine niedrige Zündfähigkeit hat, durchgeführt wird, treten, wenn ein optischer Isolator verwendet wird, wie in der herkömmlichen Technik, um zu verhindern dass das Halbleiterlaserelement aufgrund zurückgekehrten Lichts beschädigt wird, folgende Problemen auf:
    Zuerst werden verschiedene optische Komponenten benötigt, welche den optischen Isolator bilden, sodass die Herstellungskosten zunehmen können.
  • Zweitens ist es notwendig, eine optische Achse des Anregungslichts anzupassen, welches durch die Mehrzahl von Halbleiterlaserelementen oszilliert wird, um durch den optischen Isolator empfangen zu werden. Demnach wird ferner ein Mechanismus oder eine Arbeit zum Anpassen der optischen Achse benötigt, was eine weitere Zunahme der Herstellungskosten verursacht.
  • In den Laserzündvorrichtungen muss ein Pulslaser, welcher eine extrem große Energiedichte hat, kondensiert werden. Demzufolge wird ein Halbleiterlasermodul, welches aus einer Mehrzahl von Halbleiterlaserelementen gebildet ist, als eine Anregungslichtquelle verwendet, wodurch Lasten jedes der Halbleiterlaserelemente verringert werden können.
  • In diesem Fall ist, wenn das Anregungslicht, welches durch die Mehrzahl von Halbleiterlaserelementen oszilliert wird, durch eine Kondensorlinse kondensiert wird, Anregungslicht, welches wechselseitig unterschiedliche Phasen hat, gegenwärtig, und jede der optischen Achse ist unterschiedlich voneinander. Demnach ist es, in dem Fall, in dem ein Strahl des Anregungslichts, welcher durch den optischen Isolator hindurchgetreten ist, rekombiniert wird ähnlich zu dem Strahl des ursprünglichen Anregungslichts, und das zurückgekehrte Licht zu der Lichtquellenseite emittiert wird, sehr schwer, das ordentliche Licht und das außerordentliche Licht, welche durch die Mehrzahl von Halbleiterlaserelementen getrennt sind, anzupassen, sodass sie nicht in die Halbleiterlaserelemente eintreten.
  • Drittens kann in dem Fall, in dem der optische Isolator verwendet wird, die Intensität des Anregungslichtes, welches zu dem Lasermedium eingestrahlt wird, aufgrund eines Reflexionsverlusts, wenn das Anregungslicht in den optischen Isolator eintritt, und eines Transmissionsverlusts von optischen Komponenten, welche den optischen Isolator bilden, verringert werden.
  • Anders als der optische Isolator wird, da ein Transmissionsverlust auftritt, wenn durch die optischen Komponenten hindurchgetreten wird, was nicht vermeidbar ist, eine einfache Konfiguration vorzugsweise verwendet, bei der die Anzahl von optischen Komponenten so weit wie möglich verringert ist, um eine Energieeffizienz der Laserzündvorrichtung zu erhöhen.
  • Viertens wird, da der optische Isolator Faradayeffekte durch ein Verwenden eines permanenten Magneten, welcher ein starkes Magnetfeld an einen Faradayrotator anlegt, erzeugt, ein Mechanismus, welcher ein Magnetfeld unterbindet, in der Nachbarschaft davon benötigt, was eine Zunahme in der Größe der Laserzündvorrichtung verursacht. Demnach können jüngste Anforderungen des Schrumpfens einer Laserzündvorrichtung nicht erfüllt werden.
  • Fünftens wurde es herkömmlicherweise in Betracht gezogen, dass nahezu keine Laserlichtleckage von einer Randoberfläche einer Anregungsseite des Laserresonators existiert. In dem Fall jedoch, in dem die Laserzündung einen Laser zum Erzeugen einer Megawatt-Größenordnung oder mehr eines riesigen Pulses benötigt, wurde herausgefunden, dass eine Lichtleckage von der Randoberfläche der Anregungsseite nicht ignoriert werden kann.
  • Insbesondere dient die Anregungsrandoberfläche des Mikrochiplasers als ein vollständig reflektierender Spiegel des Resonators ebenso. Demnach wird herkömmlicherweise ein Transmissionsgrad von 0,1 % für das Oszillationslicht, als ein Transmissionsgrad der Hoch-Reflexions-Beschichtung ausreichend angesehen.
  • Unter Berücksichtigung jedoch, dass die optische Leistung in dem Resonator des Laseroszillators 10 MW oder mehr ist, erreicht, auch wenn der Transmissionsgrad der Hoch-Reflexions-Beschichtung 0,1 % ist, die optische Leistung einer Lichtleckage, welche von der Randoberfläche transmittiert wird, 10 KW.
  • Andererseits ist die optische Leistung, welche für das Anregungslicht solch eines Mikrochiplasers benötigt wird, ungefähr 100 W, was nur 1/100 der optischen Leistung der Lichtleckage des Oszillationslichts ist, auch wenn ein 100 %-Betrag des Anregungslichtes zurückverbracht wird.
  • Insbesondere ist die Lichtleckage des oszillierten Lichts von dem Resonator als ein herkömmliches Problem des Halbleiterlasers viel größer als das zurückverbrachte Licht aufgrund einer Reflexion von dem Anregungslicht. Demnach gibt es Bedenken, dass die Lichtleckage des oszillierten Lichts von dem Resonator direkt die Halbleiterlaservorrichtung, welche für eine Anregungslichtquelle verwendet wird, treffen kann.
  • Das Halbleiterlaserelement wird durch die Leckage oszillierten Lichts für eine extrem kurze Zeitdauer, wie beispielsweise einige Nanosekunden bestrahlt. Es wurde jedoch herausgefunden, dass eine Langfristzuverlässigkeit verschlechtert wird. Es sei angemerkt, dass die Dauer, in der das Anregungsreflexionslicht das Halbleiterlaserelement bestrahlt, extrem größer ist als die Zeitdauer, in der die Leckage oszillierten Lichts von der Laserresonatorseite das Halbleiterlaserelement bestrahlt. In dieser Hinsicht ist eine Energiemenge des Anregungsreflexionslichts größer als diejenige der Leckage oszillierten Lichts. Da jedoch die elektrische Leistung des Anregungsreflexionslichts klein ist, erleidet die Laserdiode keinen Schaden. Die Leckage oszillierten Lichts jedoch, deren elektrische Leistung extrem hoch ist, verursacht einen Schaden an der Laserdiode auch in einer sehr kurzen Zeitdauer.
  • Es sollte angemerkt werden, dass ein Schaden an dem Halbleiterlaserelement durch thermische Gründe oder Lichtintensitäts(Leistung/Fläche)-Gründe verursacht wird. Die vorliegende Erfindung ist es, eine Fehlfunktion, welche durch eine Zunahme in der Leistung der Leckage oszillierten Lichts verursacht wird, zu lösen, wobei die Leckage oszillierten Lichts inmitten des Lichts ist, welches zu der Anregungslichtquellenseite zurückkehrt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Licht der oben erwähnten Tatsachen erreicht und hat es zum Ziel, eine Laserzündvorrichtung vorzusehen, welche in der Lage ist, zu verhindern, dass ein Halbleiterlaserelement verschlechtert wird, um einen stabilen Zündbetrieb durch ein Unterdrücken der Intensität einer Lichtleckage in Richtung der Halbleiterlaservorrichtung von dem Laserresonator mit einer einfachen Konfiguration zu erreichen.
  • [Lösung des Problems]
  • Eine Laserzündvorrichtung (7, 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g) gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist konfiguriert, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden, welches in eine Verbrennungskammer (80) einer internen Verbrennungsmaschine (8) eingeführt wird, durch ein Kondensieren von oszilliertem Licht (LFCS), welches eine hohe Energiedichte hat. Die Laserzündvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Folgendes aufweist: Eine Anregungslichtquelle (1), welche kohärentes Anregungslicht (LPMP) emittiert; ein optisches Element (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g), welches das Anregungslicht, welches von der Anregungslichtquelle emittiert wird, überträgt; einen Laserresonator (3, 3a), welcher oszilliertes Licht (LPLS), welches eine hohe Energiedichte hat, durch ein Bestrahlen mit dem Anregungslicht, welches über das optische Element übertragen wird, oszilliert; und ein Kondensiermittel (6), welches das oszillierte Licht kondensiert, welches durch den Laserresonator oszilliert wird, in welchem ein lichtdurchlässiger reflektierender Film (5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g) zwischen der Anregungslichtquelle und dem Laserresonator vorgesehen ist, wobei der lichtdurchlässige reflektierende Film das Anregungslicht durchdringt, welches eine kurze Wellenlänge hat, und eine Leckage oszillierten Lichts (LLEAK) reflektiert, welche von dem Laserresonator zu einer Anregungslichtquellenseite entweicht, wobei die Leckage oszillierten Lichts ein Teil des oszillierten Lichts ist, welches eine lange Wellenlänge hat.
  • [Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
  • Auch wenn ein Teil des Anregungslichts, welches durch eine resonante Verstärkung in dem Laserresonator oszilliert wird, als eine Lichtleckage auf der Anregungslichtquellenseite einstrahlt, reflektiert der lichtdurchlässige reflektierende Film es, sodass die Energie des Anregungslichts extrem klein wird, bevor es die Anregungslichtquelle erreicht. Demnach wird verhindert, dass die Anregungslichtquelle durch die Leckage oszillierten Lichts beschädigt wird.
  • Ferner kann, da der lichtdurchlässige reflektierende Film als ein extrem dünner Mehrschichtfilm, welcher an einer Endoberfläche des optischen Elements angeordnet ist, vorgesehen ist, anders als in dem Fall, in dem ein herkömmlicher optischer Isolator vorgesehen ist, ein Zunehmen der Vorrichtungsgröße verhindert werden.
  • Ferner werden, da der lichtdurchlässige reflektierende Film auf existierenden optischen Elementen gebildet ist, zusätzliche optische Elemente nicht benötigt, sodass eine Zunahme des Transmissionsenergieverlusts minimiert werden kann.
  • [Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
  • 1A ist eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang einer Linie A-A, welche in 1B gezeigt ist, welche eine Gesamtkonfiguration des Hauptabschnitts einer Laserzündvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 1B ist eine teilweise Querschnittsansicht, aufgenommen entlang einer Linie B-B, welche in 1A gezeigt ist.
  • 1C ist eine schematische Ansicht, welche Effekte eines lichtdurchlässigen reflektierenden Films zeigt.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Verifikationsverfahren zum Bestätigen von Effekten der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
  • 3A ist ein Charakteristikdiagramm, welches Effekte des Unterdrückens der Leckage oszillierten Lichts gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusammen mit einem Vergleichsbeispiel zeigt.
  • 3B ist ein Charakteristikdiagramm, welches Bedingungen eines Haltbarkeitstests zeigt.
  • 3C ist ein Charakteristikdiagramm, welches Effekte der Verbesserung der Haltbarkeit gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusammen mit einem Vergleichsbeispiel zeigt.
  • 4A ist ein Bild anstelle einer Zeichnung, welches einen Zustand eines Lichtemissionsemitters zeigt, nachdem der Haltbarkeitstest in der Ausführungsform angewandt ist.
  • 4B ist ein Bild anstelle einer Zeichnung, welche einen Zustand der Beschädigung eines Lichtemissionsemitters zeigt, nachdem der Haltbarkeitstest in einem Vergleichsbeispiel angewandt ist.
  • 4C ist ein Charakteristikdiagramm, welches eine Energiedichte in einem Laserresonator zeigt.
  • 4D ist ein Überlagerungsdiagramm, in welchem eine Fläche, welche eine spezifische Energiedichte in einem herkömmlichen Laserresonator hat, und Orte, an denen die Lichtemissionsemitter oftmals beschädigt werden, überlagert sind.
  • 5A ist eine Querschnittsansicht, welche einen Hauptabschnitt einer Laserzündvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
  • 5B ist eine Querschnittsansicht, welche einen Hauptabschnitt einer Laserzündvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
  • 5C ist eine Querschnittsansicht, welche einen Hauptabschnitt einer Laserzündvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
  • 5D ist eine Querschnittsansicht, welche einen Hauptabschnitt einer Laserzündvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
  • 5E ist eine Querschnittsansicht, welche einen Hauptabschnitt einer Laserzündvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt.
  • 5F ist eine Querschnittsansicht, welche einen Hauptabschnitt einer Laserzündvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt.
  • 5G ist eine Querschnittsansicht, welche einen Hauptabschnitt einer Laserzündvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform zeigt.
  • 6 ist ein Diagramm, welches eine Gesamtkonfiguration der Laserzündvorrichtung zeigt.
  • [Beschreibung von Ausführungsformen]
  • In der vorliegenden Offenbarung ist eine Anregungslichtquelle 1 vorgesehen, welche kohärentes Anregungslicht LPMP emittiert, ein optisches Element 2, welches Anregungslicht, welches von der Anregungslichtquelle 1 emittiert wird, überträgt, ein Laserresonator 3, welcher oszilliertes Licht LPLS, welches eine hohe Energiedichte hat, durch ein Bestrahlen mit einem Anregungslicht LPMP erzeugt, welches über das optische Element 2 übertragen wird, und ein Kondensiermittel 6, welches das oszillierte Licht LPLS, welches durch den Laserresonator 3 oszilliert wird, kondensiert. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Laserzündvorrichtung 7, in welcher oszilliertes Licht LFCS, welches eine hohe Energiedichte hat, in das Luft-Kraftstoff-Gemisch, welches innerhalb der Verbrennungskammer 80 einer internen Verbrennungsmaschine 8 eingeführt wird, kondensiert wird. In der vorliegenden Offenbarung kann eine Vorwärtsrichtung definiert sein als eine Richtung, welche sich entlang eines optischen Weges erstreckt, welcher sich zu der internen Verbrennungsmaschine 8 von der Anregungslichtquelle 1 erstreckt, und sich zu der internen Verbrennungsmaschine 8 erstreckt, und eine rückwärtige Richtung kann definiert sein als eine Richtung, welche sich entlang eines optischen Weges erstreckt, welcher sich zu der internen Verbrennungsmaschine 8 von der Anregungslichtquelle 1 erstreckt und welcher sich zu der Anregungslichtquelle 1 erstreckt. Eine "Einfallsseite" bezieht sich auf eine Seite, an welcher Licht, welches in Richtung der Vorwärtsrichtung voranschreitet, einfällt, und eine "Emissionsseite" bezieht sich auf eine Seite, von welcher Licht zu der Vorwärtsrichtung voranschreitet.
  • Unter Bezugnahme auf die 1A, 1B und 1C wird ein Hauptabschnitt der Laserzündvorrichtung 7 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben werden. Es sei festgehalten, dass die Gesamtkonfiguration der Laserzündvorrichtung 7 später unter Bezugnahme auf 6 beschrieben werden wird.
  • Die Anregungslichtquelle 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist einen Lichtemissionsemitter auf, welcher aus einem Halbleiterlaserelement gebildet ist, und emittiert kohärentes Anregungslicht LPMP durch eine Versorgung mit Leistung. In der vorliegenden Ausführungsform wird als Anregungslicht LPMP ein Infrarotlaser, welcher eine Peakwellenlänge λPMP von 808 nm hat, verwendet, und es wird beispielhaft gezeigt, dass oszilliertes Licht LPLS, welches eine Peakwellenlänge λPLS von 1064 nm hat, von dem Laserresonator 3 durch ein Bestrahlen mit dem Anregungslicht LPMP emittiert wird. Die Wellenlänge λPMP des Anregungslichts LPMP, welches von der Anregungslichtquelle 1 emittiert wird, und die Wellenlänge λPLS des oszillierten Lichts LPLS kann ungefähr ausgewählt werden.
  • Die Anregungslichtquelle 1 ist mit zylindrischen Linsen 20 und 21 als einem optischen Element vorgesehen, welche das Anregungslicht LPMP ein Halbleiterlasermodul 10 bildend, kollimieren. Für die zylindrischen Linsen 20 und 21 wird ein bekanntes optisches Material verwendet, welches ein optisches Glas, ein wärmeresistentes Glas, Quarzglas und ein Saphirglas aufweist. Eine Mehrzahl von Halbleiterlasermodulen 10 ist in Schichten (Stufen) auf einer Halbleiterlaser-Befestigungsbasis 13 angeordnet.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beispielhaft dargestellt, dass Halbleiterlasermodule 10 in zwei Reihen angeordnet sind, wobei jede Reihe acht Halbleiterlasermodule 10, welche darin angeordnet sind, hat. Die Anzahl von Halbleiterlasermodulen ist jedoch nicht beschränkt.
  • Anregungslicht LPMP, welches von der Mehrzahl von Halbleiterlasermodulen 10 emittiert und kollimiert wird, wird durch Kondensoren 22 und 23, welche an einen Spitzenende als einem optischen Element vorgesehen sind, kondensiert. Für die Kondensoren 22 und 23 wird ein bekanntes optisches Material verwendet, welches ein optisches Glas, ein wärmeresistentes Glas, ein Quarzglas und ein Saphirglas aufweist.
  • Jede Oberfläche der Kondensoren 22 und 23 kann mit einer bekannten Antireflexionsbeschichtung beschichtet sein.
  • Jede Endoberfläche in der Einfallsseite der Kondensoren 22 und 23 ist bearbeitet, um eine plane Form zu sein, und die Emissionsoberfläche davon ist als eine asphärische Linse gebildet.
  • Konvergentes Licht LCND, welches durch die Kondensoren 22 und 23 fokussiert wird, wird über ein Kopplungselement 24 an eine optische Faser 25 gekoppelt.
  • Für das Kopplungselement 24 kann eine optische Muffe oder eine hohle Hülse oder dergleichen verwendet werden. Die optische Muffe ist aus einem bekannten optischen Material, wie beispielsweise einem kristallisierten Glas, aufgebaut und die hohle Hülse hält einen Endabschnitt der optischen Faser 25. Für die optische Faser kann eine bekannte optische Faser verwendet werden, welche eine nummerische Apertur 0,22 oder weniger und einen Kerndurchmesser φ von 600 μm oder weniger hat. Ein Strahldurchmesser des Anregungslichts LPMP, welches den Laserresonator 3 bestrahlt, ist als φ = 1200 μm eingestellt.
  • Das konvergente Licht LCND, welches über die optische Faser 25 übertragen wird, wird durch die Kollimierlinse 26 kollimiert, um paralleles Licht LCMT zu erzeugen, welches auf den Laserresonator 3 einfällt.
  • Für die Kollimierlinse 26 wird ein bekanntes optisches Material verwendet, welches ein optisches Glas, ein wärmeresistentes Glas, ein Quarzglas und ein Saphirglas aufweist.
  • Jede Endoberfläche in der Einfallsseite der Kollimierlinse 26 wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform bearbeitet, um eine plane Form zu sein, und die Emissionsoberfläche davon ist als eine asphärische Linse gebildet.
  • Das konvergente Licht LCND, in welchem Anregungslicht LPMP fokussiert wird, wird zu dem parallelen Licht LCMT moduliert.
  • Die Kollimierlinse 26 hat eine Antireflexionsbeschichtung 4, welche auf der Oberfläche davon gebildet ist. Ferner ist ein lichtdurchlässiger reflektierender Film 5 als ein Hauptabschnitt der vorliegenden Ausführungsform wenigstens auf der Endoberfläche in der Einfallsseite gebildet, welche in einer Plattenform gebildet ist. In dem lichtdurchlässigen reflektierenden Film 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind ein Film 50 mit hohem Brechungsindex, welcher aus Ta2O5 gefertigt ist, welcher einen hohen Brechungsindex (nH = 2,16) hat, und einem Film 51 mit niedrigem Brechungsindex, welcher aus SiO2 gefertigt ist, welcher einen niedrigen Brechungsindex (nL = 1,41) hat, alternierend laminiert, um einen 19-lagigen Film zu bilden.
  • Der lichtdurchlässige reflektierende Film 5 durchdringt 99,8 % des Anregungslichtes LPMP, welches eine kurze Wellenlänge (beispielsweise λPMP = 808 nm) hat und reflektiert 99,6 % des der Lichtleckage LLEAK des oszillierten Lichts LPLS, welches eine Wellenlänge länger als diejenigen des Anregungslichts LPMP (beispielsweise λLEAK = λPLS = 1064 nm) hat.
  • Ferner sind als ein transluzenter Film 4, der Film mit hohem Brechungsindex 50, welcher aus Ta2O5 gefertigt ist, welcher einen hohen Brechungsindex (nH = 2,16) hat, und der Film 51 mit niedrigem Brechungsindex, welcher aus SiO2 gefertigt ist, welcher einen niedrigen Brechungsindex (NL = 1,41) hat, alternierend auf einer Emissionsoberfläche der Kollimierlinse 26 laminiert, um einen vierschichtigen Film zu bilden. 99,8 % des Anregungslichtes LPMP tritt durch den transluzenten Film 4 hindurch, um als das parallele Licht LCMT emittiert zu werden.
  • Für den Film 51 mit dem niedrigen Brechungsindex kann eine dielektrische Substanz, ausgewählt aus SiO2 und MgF2, verwendet werden. Für den Film 50 mit dem hohen Brechungsindex kann eine dielektrische Substanz, ausgewählt aus TiO2 und Ta2O3, verwendet werden. Ein Mehrschichtfilm kann durch bekannte Dünnfilm-Bildungsverfahren wie beispielsweise eine Gasphasenabscheidung und ein Ionenplattieren gebildet werden.
  • Der Laserresonator 3 ist an der Vorderseite der Kollimierlinse 26 in der nach vorne gerichteten Richtung angeordnet.
  • Für den Laserresonator 3 kann ein bekannter passiver Güteschalter-Laserresonator verwendet werden.
  • Der Laserresonator 3 ist aus einem Lasermedium 30, einer Antireflexionsbeschichtung 31, welche in der Einfallsseite davon vorgesehen ist, einem vollständig reflektierenden Spiegel 32, einem sättigbaren Absorber 33, welcher in der Emissionsseite davon vorgesehen ist, und einem Emissionsspiegel 34, welcher aus einem Partialreflexionsfilm gebildet ist, konfiguriert, welche in einem Gehäuse 35, welches eine zylindrische Form hat, aufgenommen sind.
  • Für das Lasermedium 30 wird ein bekanntes Lasermedium verwendet beispielsweise Nd:YAG, wobei Nd zu Einkristall-YAG dotiert ist.
  • Der vollständig reflektierende Spiegel 32 ist derart gebildet, dass das Anregungslicht LPMP, welches eine kurze Wellenlänge hat, durchdrungen wird und das oszillierte Licht LPLS, welches eine lange Wellenlänge hat, vollständig reflektiert wird.
  • Für den sättigbaren Absorber 33 wird Cr:YAG, in welchem Cr4+ in Einkristall-YAG oder dergleichen dotiert ist, verwendet.
  • Für den Laserresonator 3 wird Nd in dem Lasermedium 30 durch das Anregungslicht LPMP, welches in den Resonator eingeführt wird, angeregt, um Licht zu emittieren, welches eine Wellenlänge von 1064 nm hat, und das emittierte Licht wird in dem Lasermedium 30 angesammelt.
  • Das oszillierte Licht LPLS oszilliert von einem Ausgangsspiegel 34, wenn ein Energiepegel in dem Lasermedium 30 einen vorgeschriebenen Pegel erreicht.
  • Zu diesem Moment wird von der Einfallsoberfläche des vollständig reflektierenden Spiegels 32 in der hinteren Oberflächenseite ungefähr 0,4 % der Intensität des oszillierten Lichts LPLS unweigerlich zu der Seite der Anregungslichtquelle 1 als die Leckage oszillierten Lichts LLEAK fortgepflanzt.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform reflektiert, wenn die Leckage oszillierten Lichts LLEAK, welche ungefähr 0,4 % der Intensität des oszillierten Lichtes LPLS hat, die Endoberfläche in der Einfallsoberflächenseite der Kollimierlinse 26 erreicht, der lichtdurchlässige reflektierende Film 5, welcher an der Oberfläche davon gebildet ist, 99,8 % der Leckage oszillierten Lichts LLEAK, die Leckage oszillierten Lichts LLEAK kehrt zu der Seite des Laserresonators 3 zurück, und 0,2 % der Leckage oszillierten Lichts LLEAK werden zu der Anregungslichtquellenseite durchdrungen bzw. durchgelassen. Ebenso werden an der anderen Endoberfläche in der Emissionsseite der Kollimierlinse 26 0,2 % der Leckage oszillierten Lichts LLEAK, welche an dem lichttransmissiven reflexiven Film 5 reflektiert wird, zu der Anregungslichtquellenseite reflektiert.
  • Während die Leckage oszillierten Lichts LLEAK mehrere Male (beispielsweise 3 ns Zeitdauer) zwischen der Einfallsoberfläche des Laserresonators 3 und dem lichtdurchlässigen reflektierenden Film 5 als einem Hauptabschnitt der vorliegenden Ausführungsform reflektiert und durchdrungen wird, verschwindet die Leckage oszillierten Lichts LLEAK.
  • Als ein Ergebnis werden, auch wenn die 0,4 % der Intensität des oszillierten Lichtes LPLS zu der Anregungslichtquellenseite von dem Laserresonator 3 entweichen, 99,6 % des geleckten oszillierten Lichtes durch den lichtdurchlässigen reflektierenden Film 5 abgeschnitten beziehungsweise abgesperrt. Demnach entweichen 0,4 % der Leckage oszillierten Lichts LLEAK, das heißt bis zu 0,0016 % der Intensität des oszillierten Lichtes LPLS, und so kann die Intensität des oszillierten Leckagelichts LLEAK, welches zu der Seite der Anregungslichtquelle 1 übertragen wird, unterdrückt werden.
  • Demnach wird, auch wenn das Oszillationslicht LPLS, welches eine Leistung extrem größer als diejenige des Anregungslichts LPMP hat, teilweise entweicht, die Leistung der Leckage oszillierten Lichts LLEAK auf eine Leistungsmenge ähnlich zu derjenigen des reflektierten Lichts des Anregungslichts LPMP verringert. Demzufolge wird in dem Fall, in dem die Lichtleckage LLEAK die Anregungslichtquelle 1 erreicht, das Halbleiterlaserelement nicht beschädigt.
  • Als ein spezifisches Beispiel veranschaulicht 1C ein Beispiel, in dem das Anregungslicht LPMP, welches eine Wellenlänge λPMP von 808 nm hat, in den Laserresonator 3 bei 100 Watt Leistung eingeführt wird, und ein Transmissionsgrad TLEAK der Leckage oszillierten Lichts berechnet wird, wenn das oszillierte Licht LPLS, welches 1064 nm Wellenlänge λPLS hat, bei 10 MW Leistung emittiert wird. Es sollte festgehalten werden, dass die Leistung des oszillierten Lichts LPLS nicht auf den oben erwähnten Wert in der Laserzündvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschränkt ist.
  • Eine Simulation kann für den lichtdurchlässigen reflektierenden Film 5 unter der Verwendung von Snells Gesetz, Fresnels Formel und Maxwell-Gleichung angewandt werden, um Kombinationen von Bedingungen angemessen zu erhalten, welche einen hohen Transmissionsgrad TPMP des Anregungslichts LPMP und eine hohe Reflektivität RLEAK der Lichtleckage LLEAK verwirklichen. Die Bedingungen weisen einen Brechungsindex nH des Films 50 hohen Brechungsindex' und die Filmdicke dH davon, einen Brechungsindex nL des Films 51 niedrigen Brechungsindex' und die Filmdicke dL davon, eine Wellenlänge λPMP des Anregungslichts LPMP und eine Wellenlänge λPLS des oszillierten Lichts LPLS, das heißt eine Wellenlänge λLEAK der Leckage oszillierten Lichts LLEAK auf.
  • Theoretisch können Bedingungen, in denen 100 % des Betrages des Anregungslichts LPMP durchdrungen werden und 100 % der Leckage oszillierten Lichts LLEAK reflektiert werden, berechnet werden. Praktisch jedoch ist, wie in der Ausführungsform beschrieben ist, der Transmissionsgrad TPMP des Anregungslichts LPMP ungefähr 99,8 % und die Reflexivität RLEAK der Leckage oszillierten Lichts LLEAK ist ungefähr 99,6 %, das heißt der Transmissionsgrad TLEAK der Leckage oszillierten Lichts LLEAK ist ungefähr 0,4 %.
  • Demnach ist, wie in der vorliegenden Ausführungsform, der lichtdurchlässige reflektierende Film 5 mit einem vollständig reflektierenden Film 32 des Laserresonators 3 vorgesehen, um voneinander überlappt zu sein, wodurch die Leckage oszillierten Lichts LLEAK als ein Teil des oszillierten Lichts LPLS reziprok zwischen dem lichtdurchlässigen reflektierenden Film 5 und dem Laserresonator 3 übertragen wird, um 99,5 % des Betrags der Lichtleckage LLEAK, welche sich zu der der Anregungslichtquelle 1 von einem Partialreflexionsfilm 31 ausdehnt, abzuschneiden, wobei die Leckage oszillierten Lichts LLEAK 0,4 % des Betrages der Intensität des oszillierten Lichts LPLS entspricht. Als ein Ergebnis kann die Leckage oszillierten Lichts LLEAK ungefähr 0,0016 % des Betrags der Leckage oszillierten Lichts LPLS sein.
  • Unter Bezugnahme auf 2 wird hierin ein Verfahren zur Verifikation beschrieben werden, wobei die Verifikation auf Effekte des Unterdrückens der Leckage oszillierten Lichts gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird.
  • Das oben beschriebene Halbleiterlasermodul 100 und der Laserresonator 3 sind verbunden und ein Strahlteiler 90, welcher Licht vollständig reflektiert, welches eine Wellenlänge von 1064 nm hat, ist in der Mitte der optischen Faser 25 angeordnet, welche das Anregungslicht LPMP überträgt. Ein Fotodetektor 92 erfasst die Intensität der Leckage oszillierten Lichts LLEAK über die optische Faser 91.
  • Ein Vergleichsbeispiel wurde vorgesehen, in welchem der lichtdurchlässige reflektierende Film 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht gebildet ist. Die Effekte der vorliegenden Ausführungsform wurden durch ein Vergleichen des Vergleichsbeispiels mit einem Beispiel 1 verifiziert, in welchem der lichtdurchlässige reflektierende Film 5 auf einem ebenen Teil der Kollimierlinse 26 gebildet ist.
  • Als ein Ergebnis war, wie in 3A gezeigt ist, die Intensität der Leckage oszillierten Lichts LLEAK, welche in dem Beispiel 1 erfasst wurde, 0,5 % oder weniger der Intensität des zurückgekehrten Lichts, welches 1064 nm hat, erfasst in dem Vergleichsbeispiel. Insbesondere wurde bestätigt, dass der lichtdurchlässige reflektierende Film 5 99,5 % der Leckage oszillierten Lichts LLEAK reflektiert und demnach die Leckage oszillierten Lichts LLEAK zu der Anregungslichtquelle 1 unterdrückt wurde.
  • Ferner wurden 10,5 Ampere Strom (entsprechend 81 mJ Lichtenergie) in Pulsform dem Halbleiterlasermodul 100 mit einem Zustand, welcher in 3B gezeigt ist, zugeführt, um das Halbleiterlasermodul 100 zu betreiben. Dann wurde ein Haltbarkeitstest für das Beispiel 1 und das Vergleichsbeispiel durchgeführt.
  • Das Ergebnis ist in 3C gezeigt. In dem Vergleichsbeispiel wird die Ausgangsleistung des Halbleiterlasermoduls 100 innerhalb einiger Stunden auf 30 % verringert.
  • Andererseits wird gemäß dem Beispiel 1 trotz dem kontinuierlichen Betreiben für einige Zehnfache von Stunden die Ausgangsleistung überhaupt nicht verringert.
  • Nach dem Haltbarkeitstest wurden die Halbleiterlasermodule 100, welche für das Beispiel 1 und das Vergleichsbeispiel verwendet wurden, überprüft. Wie in 4A gezeigt ist, arbeitete gemäß dem Beispiel 1 jeder Lichtemissionsemitter korrekt. Wie jedoch in 4B gezeigt ist, wurde gemäß dem Vergleichsbeispiel eine Beschädigung an Lichtemissionsemittern an spezifischen Orten bestätigt.
  • Wie in 4C gezeigt ist, zeigt eine Energieverteilung des Laserresonators 3 eine Gauss-ähnliche Verteilung mit zwei Peaks. Es wurde herausgefunden, dass eine hohe Energieverteilung in einem spezifischen Bereich beobachtet wurde.
  • Wie in 4D gezeigt ist, wurde hinsichtlich der Energieverteilung, wenn ein Bereich, welcher eine spezifische Energie in der Querschnittsrichtung überschreitet, auf eine Fläche der Lichtemissionsemitter des Halbleiterlasermoduls 100 projiziert wird, herausgefunden, dass eine Fläche, wo die Energiedichte einen vorbestimmten Wert überschreitet, Orten der Lichtemissionsemitter entspricht, welche wahrscheinlich beschädigt werden.
  • Demzufolge können, auch wenn der lichtdurchlässige reflektierende Film 5 ausschließlich an einem Ort angeordnet ist, welcher eine hohe Energiedichte des zurückgeführten Lichtlecks LLEAK hat, Effekte davon erlangt werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F und 5G werden andere Ausführungsformen beschrieben werden.
  • In den folgenden Ausführungsformen ist die Basiskonfiguration dieselbe wie diejenige der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Als die Hauptabschnitte der vorliegenden Ausführungsformen jedoch werden nur die Anordnungen der lichtdurchlässigen reflektierenden Filme (5a bis 5g) modifiziert.
  • Demnach sind, da dieselben Bezugszeichen zu denselben Konfigurationen wie der oben beschriebenen Ausführungsform hinzugefügt werden, und Abzweigzahlen von alphabetischen Buchstaben a bis g zu charakteristischen Abschnitten in jeder der Ausführungsformen hinzugefügt werden, Erklärungen für allgemeine Teile ausgelassen, und es werden nur die charakteristischen Abschnitte beschrieben werden.
  • Darüber hinaus können beliebige zwei Ausführungsformen unter der ersten Ausführungsform bis zu der achten Ausführungsform kombiniert werden, um sie zu implementieren.
  • In der Laserzündvorrichtung 7a gemäß einer zweiten Ausführungsform ist der lichtdurchlässige reflektierende Film 5 nicht für die Kollimierlinse 26a vorgesehen, sondern an der Endoberfläche in der Einfallsseite des Laserresonators 3a vorgesehen.
  • Auch mit dieser Konfiguration wird eine Leckage oszillierten Lichts LLEAK, welche aus dem Laserresonator 3a entsprechend zu 0,4 % der Intensität des oszillierten Lichts LPLS entweicht, und weiterhin 0,4 % von dieser Lichtleckage LLEAK, das heißt nur 0,0016 % der Intensität des oszillierten Lichts LPLS zu der Seite der Anregungslichtquelle ausgebreitet. Demnach können ähnliche Effekte der oben beschriebenen Ausführungsformen erlangt werden.
  • Es sollte angemerkt werden, dass der lichtdurchlässige reflektierende Film 5 an der Kollimierlinse 26 ähnlich zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform vorgesehen sein kann, und ein lichtdurchlässiger reflektiver Film 5a ferner an der Endoberfläche der Einfallsseite des Laserresonators 3a vorgesehen sein kann, wobei der lichtdurchlässige reflektierende Film 5 und der lichtdurchlässige reflektierende Film 5a voneinander überlappt sind.
  • Wenn jedoch der lichtdurchlässige reflektierende Film 5 und der lichtdurchlässige reflektierende Film 5a voneinander überlappt vorgesehen sind, wird die Intensität der Leckage oszillierten Lichts LLEAK, welche die Anregungslichtquelle 1 erreicht, im Wesentlichen Null. Demnach wird, unter der Annahme, dass die lichtdurchlässigen reflektierenden Filme 5 vorgesehen sind, um weiter miteinander überlappt zu sein, der Transmissionsgrad TPMP des Anregungslichts LPMP vielmehr verringert werden. Demzufolge sind zusätzliche lichtdurchlässige reflektierende Filme 5 nicht notwendig.
  • In der Laserzündvorrichtung 7b gemäß einer dritten Ausführungsform ist ein lichtdurchlässiger reflektierender Film 5b auf der Emissionsoberfläche der optischen Faser 25b gebildet.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Leckage oszillierten Lichts LLEAK reziprok zwischen dem lichtdurchlässigen reflektierenden Film 5b und dem Laserresonator 3 übertragen. Demnach können ähnliche Effekte wie die oben beschriebenen Ausführungsformen erlangt werden.
  • In der Laserzündvorrichtung 7c gemäß einer vierten Ausführungsform ist ein lichtdurchlässiger reflektierender Film 5c an der Endoberfläche in der Einfallsoberflächenseite der optischen Faser 25c gebildet.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Lichtleckage LLEAK reziprok zwischen dem lichtdurchlässigen reflektierenden Film 5c und dem Laserresonator 3 übertragen. Demnach können ähnliche Effekte der oben beschriebenen Ausführungsformen erlangt werden.
  • Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform und den folgenden Ausführungsformen, da die Leckage oszillierten Lichts LLEAK, welche aus dem Resonator 3 entweicht, zu der optischen Faser 25 und 25c übertragen wird, durch ein Vorsehen einer Erfassungseinheit 9 für eine Leckage oszillierten Lichts, welche in 2 gezeigt ist, die Intensität der Leckage oszillierten Lichts LLEAK erfasst, und das erfasste Ergebnis kann zum Erfassen eines Zündfehlers oder dergleichen in der internen Verbrennungsmaschine verwendet werden.
  • In der Laserzündvorrichtung 7d gemäß einer fünften Ausführungsform ist ein lichtdurchlässiger reflektierender Film 5d an der Endoberfläche in der Einfallsoberflächenseite eines Kondensors 23d gebildet.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Leckage oszillierten Lichts LLEAK reziprok zwischen dem lichtdurchlässigen reflektierenden Film 5d und dem Laserresonator 3 übertragen. Demnach können ähnliche Effekte zu den oben beschriebenen Ausführungsformen erlangt werden.
  • In der Laserzündvorrichtung 7e gemäß einer sechsten Ausführungsform ist ein lichtdurchlässiger reflektierender Film 5e an der Endoberfläche in der Einfallsoberflächenseite eines Kondensors 22e gebildet.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Leckage oszillierten Lichts LLEAK reziprok zwischen dem lichtdurchlässigen reflektierenden Film 5e und dem Laserresonator 3 übertragen. Demnach können ähnliche Effekte zu den oben beschriebenen Ausführungsformen erlangt werden.
  • In der Laserzündvorrichtung 7f gemäß einer siebten Ausführungsform ist ein lichtdurchlässiger reflektierender Film 5f auf der Endoberfläche in der Einfallsoberflächenseite einer Kollimierlinse 21f gebildet.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Leckage oszillierten Lichts LLEAK reziprok zwischen dem lichtdurchlässigen reflektierenden Film 5f und dem Laserresonator übertragen. Demnach können ähnliche Effekte zu den oben beschriebenen Ausführungsformen erlangt werden.
  • In der Laserzündvorrichtung 7g gemäß einer achten Ausführungsform ist ein lichtdurchlässigen reflektierender Film 5g auf der Endoberfläche in der Einfallsoberflächenseite einer Kollimierlinse 20g gebildet.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Leckage oszillierten Lichts LLEAK reziprok zwischen dem lichtdurchlässigen reflektierenden Film 5g und dem Laserresonator 3 übertragen. Demnach können ähnliche Effekte zu den oben beschriebenen Ausführungsformen erlangt werden.
  • Unter Bezugnahme auf 6 wird eine Gesamtkonfiguration der Laserzündvorrichtungen 7, 7a–7g beschrieben werden.
  • Die Laserzündvorrichtungen 7, 7a–7g sind für jeweilige Zylinder der internen Verbrennungsmaschine 8 vorgesehen einschließlich dem Kondensiermittel 6, welches an einem Maschinenkopf 81 fixiert ist, und der Anregungslichtquelle 1, den optischen Elementen 2 (20–26), 2a (20–26a)–2g (20g bis 26) und den Laserresonatoren 3 und 3a, welche in der oben beschriebenen ersten bis achten Ausführungsform beschrieben sind.
  • Das Kondensiermittel 6 ist aus einer Expansionslinse 60 für oszilliertes Licht konfiguriert, welche Expansionslicht LEXP emittiert, in welchem das oszillierte Licht LPLS, welches durch die Laserresonatoren 3 und 3a oszilliert wird, expandiert ist, einem Kondensor 61, welcher das Expansionslicht LEXP kondensiert und das kondensierte Licht LFCS, welches auf einen vorbestimmten fokussierten Punkt FP in der Verbrennungskammer 80 zu kondensieren ist, emittiert, ein Schutzglas 62, welches den Kondensor 61 vor einem Druck und einer Temperatur oder dergleichen in der Verbrennungskammer 80 schützt, Expansionslinse 60 für oszilliertes Licht und einem Gehäuse 63, welches den Kondensor 61 und das Schutzglas 62 an dem Maschinenkopf 81 befestigt.
  • Das oszillierte Licht LPLS, welches durch die Laserresonatoren 3 und 3a oszilliert wird, wird ein Mal durch das Kondensiermittel 6 expandiert und auf den vorbestimmten fokussierten Punkt wiederum kondensiert, wodurch die Energiedichte extrem hoch sein kann, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch, welches in die Verbrennungskammer 80 eingeführt wird, zu zünden.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Intensität der Leckage oszillierten Lichts LLEAK, welche zu der Anregungslichtquelle 1 übertragen wird, zwischen den Laserresonatoren 3 und 3a und den lichtdurchlässigen reflektierenden Filmen 5, 5a bis 5g signifikant verringert werden. Demzufolge wird verhindert, dass die Anregungslichtquelle 1 durch die Leckage oszillierten Lichts LLEAK beschädigt wird, und die Laserzündvorrichtungen 7, 7a bis 7g erreichen eine stabile Zündoperation.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Anregungslichtquelle
    10
    Halbleiterlasermodul
    11
    Halbleiterlaserbefestigungselement
    100
    Halbleiterlaseranordnung
    2
    optisches Element
    20, 21
    zylindrische Linse
    22, 23
    Kondensor
    24
    Anregungslichtkopplungselement
    25
    optische Faser
    26
    Anregungslichtkollimierlinse
    3
    Laserresonator
    30
    Lasermedium
    31
    Antireflexionsbeschichtung
    32
    vollständig reflektierender Spiegel
    33
    sättigbarer Absorber
    34
    Partialreflexionsfilm
    35
    Resonatoraufnahmegehäuse
    5
    lichtdurchlässiger reflektierender Film
    50
    Film hohen Brechungsindex'
    51
    Film niedrigen Brechungsindex'
    6
    Kondensiermittel für oszilliertes Licht
    60
    Expansionselement für oszilliertes Licht (Strahlexpander)
    61
    Kondensor
    62
    Schutzglas
    7
    Laserzündvorrichtung
    8
    interne Verbrennungsmaschine
    80
    Verbrennungskammer
    81
    Maschinenkopf
    9
    Erfassungseinheit für Leckage oszillierten Lichts
    90
    Strahlteiler zum Abtasten der Leckage oszillierten Lichts
    91
    optische Faser
    92
    Lichterfassungseinheit (Fotodetektor)
    LPMP
    Anregungslicht
    LCND
    konvergentes Licht
    LCLM
    paralleles Licht
    LPLS
    Anregungslicht
    LLEAK
    Leckage oszillierten Lichts
    LEXP
    Expansionslicht
    LFCS
    kondensiertes Licht
    FP
    fokussierter Punkt
    λPMP
    Anregungslichtwellenlänge
    λPLS
    Wellenlänge oszillierten Lichts
    RPMP
    Anregungslichtreflexionsgrad
    TPMP
    Anregungslichttransmissionsgrad
    RLEAK
    Reflexionsgrad der Leckage oszillierten Lichts
    TLEAK
    Transmissionsgrad der Leckage oszillierten Lichts
    IPLS
    Intensität des oszillierten Lichts
    ELEAK
    Intensität der Leckage oszillierten Lichts
    nH
    Brechungsindex des Films hohen Brechungsindex'
    nL
    Brechungsindex des Films niedrigen Brechungsindex'
    n0
    Brechungsindex von Luft
    nM
    Brechungsindex des optischen Elements

Claims (5)

  1. Laserzündvorrichtung (7, 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g), welche ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, welches in eine Verbrennungskammer (80) einer internen Verbrennungsmaschine (8) eingeführt wird, durch ein Kondensieren von oszilliertem Licht (LFCS), welches eine hohe Energiedichte hat, zündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Folgendes aufweist: eine Anregungslichtquelle (1), welche kohärentes Anregungslicht (LPMP) emittiert; ein optisches Element (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g), welches das Anregungslicht, welches von der Anregungslichtquelle (1) emittiert wird, überträgt; einen Laserresonator (3, 3a), welcher oszilliertes Licht (LPLS), welches eine hohe Energiedichte hat, durch ein Bestrahlt-Werden mit dem Anregungslicht, welches über das optische Element übertragen wird, erzeugt; und ein Kondensiermittel (6), welches das oszillierte Licht, welches durch den Laserresonator oszilliert wird, kondensiert, wobei ein lichtdurchlässiger reflektierender Film (5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g) zwischen der Anregungslichtquelle und dem Laserresonator vorgesehen ist, wobei der lichtdurchlässige reflektierende Film das Anregungslicht, welches eine kurze Wellenlänge hat, durchdringt, und eine Leckage oszillierten Lichts (LLEAK), welche aus dem Laserresonator entweicht, zu einer Anregungslichtquellenseite reflektiert, wobei die Leckage oszillierten Lichts ein Teil des oszillierten Lichts ist, welches eine lange Wellenlänge hat.
  2. Laserzündvorrichtung (7, 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g) nach Anspruch 1, wobei das optische Element eine Endoberfläche aufweist, welche eine plane Form an wenigstens einer einer Einfallsseite oder einer Emissionsseite hat, wobei das Anregungslicht jeweils darauf einfällt oder davon emittiert wird; und der lichtdurchlässige reflektierende Film an der Endoberfläche gebildet ist, welche die plane Form hat und/oder an einer Endoberfläche einer Einfallsseite des Laserresonators.
  3. Laserzündvorrichtung (7, 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Mehrzahl von Anregungslichtquellen vorgesehen ist; das optische Element eine zylindrische Linse (20, 20g, 21, 21f), einen Kondensor (22, 22e, 23, 23d), eine Kollimierlinse (26, 26a) und eine optische Faser (25, 25b, 25d) aufweist, wobei die zylindrische Linse das Anregungslicht kollimiert, welches durch jede der Anregungslichtquellen oszilliert wird, der Kondensor eine Mehrzahl von kollimiertem Anregungslicht kondensiert, welches durch die Anregungslichtquellen oszilliert wird, die Kollimierlinse das Anregungslicht (LCND), welches durch den Kondensor kondensiert wird, kollimiert, und die optische Faser das kondensierte Anregungslicht (LCND) zu der Kollimierlinse überträgt; und der lichtdurchlässige reflektierende Film an einer Endoberfläche wenigstens eines der zylindrischen Linse, des Kondensors, der Kollimierlinse und der optischen Faser gebildet ist und/oder an einer Endoberfläche einer Einfallsoberfläche des Laserresonators gebildet ist.
  4. Laserzündvorrichtung (7, 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der lichtdurchlässige reflektierende Film ein Mehrlagen-Film ist, in welchem ein Film niedrigen Brechungsindex' und ein Film hohen Brechungsindex' alternierend laminiert sind, wobei ein Brechungsindex des Films niedrigen Brechungsindex' niedriger ist als derjenige eines optischen Materials, welches das optische Element oder den Laserresonator bildet, und ein Brechungsindex des Films hohen Brechungsindex' höher ist als derjenige des optischen Materials.
  5. Laserzündvorrichtung (7, 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g) nach Anspruch 4, wobei der Film niedrigen Brechungsindex' aus einer dielektrischen Substanz gefertigt ist, welche aus SiO2 und MgF2 ausgewählt ist, und der Film hohen Brechungsindex' aus einer dielektrischen Substanz gefertigt ist, welche ausgewählt ist aus TiO2 und Ta2O3.
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