RU195797U1 - Pulsed laser semiconductor emitter - Google Patents
Pulsed laser semiconductor emitter Download PDFInfo
- Publication number
- RU195797U1 RU195797U1 RU2019127725U RU2019127725U RU195797U1 RU 195797 U1 RU195797 U1 RU 195797U1 RU 2019127725 U RU2019127725 U RU 2019127725U RU 2019127725 U RU2019127725 U RU 2019127725U RU 195797 U1 RU195797 U1 RU 195797U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- emitter
- base
- laser
- laser diodes
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
-
- 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
- H01S5/4018—Lasers electrically in series
-
- 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
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
- H01S5/4056—Edge-emitting structures emitting light in more than one direction
Abstract
Полезная модель относится к лазерной технике. Импульсный лазерный полупроводниковый излучатель содержит основание с решетками лазерных диодов, находящихся равномерно под углом друг к другу по окружности минимального диаметра на плоскости, перпендикулярной оси излучения излучателя, с электрическими выводами и герметичной оболочкой, содержащей крышку с прозрачным для излучения лазерных диодов окном и корпус. Число решеток лазерных диодов является нечетным. P-n-переход каждой из решеток параллелен виртуальной плоскости, проведенной через центр каждой из них и центр основания. Основание является теплопроводящим. Решетки лазерных диодов электрически соединены последовательно с соблюдением полярности и с оборотной стороны основания подключены к выходной обмотке введенного импульсного согласующего трансформатора с коэффициентом трансформации K, имеющего обмотку смещения рабочей точки сердечника, выполненного из магнитного материала с большой величиной индукции насыщения. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения высокой равномерности интенсивности излучения при близкой к окружности форме контура поперечного сечения диаграммы направленности излучения с большой импульсной мощностью излучения. 6 ил.The utility model relates to laser technology. A pulsed laser semiconductor emitter contains a base with arrays of laser diodes that are uniformly at an angle to each other around a circle of minimum diameter on a plane perpendicular to the axis of radiation of the emitter, with electrical leads and a sealed enclosure containing a cover with a window and a housing transparent to the radiation of laser diodes. The number of gratings of laser diodes is odd. The Pn junction of each lattice is parallel to the virtual plane drawn through the center of each of them and the center of the base. The base is thermally conductive. The laser diode arrays are electrically connected in series with the correct polarity, and on the reverse side of the base are connected to the output winding of an inserted pulse matching transformer with a transformation coefficient K having a bias winding of the core operating point made of magnetic material with a large saturation induction value. The technical result consists in providing the possibility of obtaining a high uniformity of the radiation intensity with a near-circumferential shape of the contour of the cross section of the radiation pattern with a large pulsed radiation power. 6 ill.
Description
Полезная модель относится к лазерной технике, и может быть использовано в промышленности для организации открытых каналов передачи информации, в технологии, медицине, системах накачки твердотельных лазеров, контрольно-измерительной аппаратуре.The utility model relates to laser technology, and can be used in industry for organizing open channels for transmitting information, in technology, medicine, pumping systems for solid-state lasers, instrumentation.
Повышение характеристик лазерных систем в основном решают путем увеличения их импульсной мощности излучения в узком спектральном диапазоне, приближение диаграммы направленности (далее ДН) поля излучения осесимметричной ДН с круглым поперечным сечением. Одновременно решают задачу снижения массы лазерных излучателей, в том числе - за счет отказа от применения формирующей оптики.The improvement of the characteristics of laser systems is mainly solved by increasing their pulsed radiation power in a narrow spectral range, approximating the radiation pattern (hereinafter referred to as the radiation pattern) of the radiation field of an axisymmetric radiation beam with a circular cross section. At the same time, they solve the problem of reducing the mass of laser emitters, including by eliminating the use of forming optics.
Известны полупроводниковые излучатели (см., например, [патент RU 141870, B64F 1/18, публ. 20.06.2014], [патент RU 2241287, H01S 5/00, 5/40, публ. 27.11.2004], [патент RU 2187183, H01S 5/00, 5/40, публ. 10.08.2002]).Semiconductor emitters are known (see, for example, [patent RU 141870,
В полезной модели по патенту 141870 лазерные модули равномерно размещены по окружности, каждый из них сориентирован большой осью пятна облучения осесимметрично в радиальном направлении и развернут в сторону от оси излучателя, кроме того введены диафрагмы у каждого лазерного модуля, снижающие освещенность.In the utility model according to patent 141870, the laser modules are evenly spaced around the circumference, each of them is oriented by the large axis of the irradiation spot axisymmetrically in the radial direction and deployed away from the axis of the emitter, in addition, diaphragms are introduced at each laser module to reduce illumination.
В изобретении по патенту 2241287 исключена формирующая оптика в импульсном лазерном полупроводниковом излучателе и использовано по крайней мере два звена блоков лазерных диодов. Внутри каждого из звеньев требуется точно выдерживать в том числе различные углы разворота р-n переходов блоков лазерных диодов как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях излучателя, что создает большие сложности при сборке данных излучателей.In the invention according to patent 2241287, forming optics in a pulsed laser semiconductor emitter is excluded and at least two links of blocks of laser diodes are used. Inside each of the links it is required to accurately withstand, among other things, various pivoting angles of pn junctions of the blocks of laser diodes in both the vertical and horizontal planes of the emitter, which creates great difficulties in assembling these emitters.
Наиболее близким по технической сущности является известный излучатель лазерный полупроводниковый инжекционный (см. [патент RU 2187183, H01S 5/00]), имеющий герметичную оболочку, состоящую из корпуса с выводами и крышки со стеклом. Блоки лазерных диодов установлены на плоскости корпуса, перпендикулярной к оси излучения, по окружности минимального диаметра путем последовательного их разворота относительно друг друга. В соответствии с приведенным примером «Блоки лазерных диодов расположены равномерно по окружности с угловым шагом 2α, так, что p-n-переходы каждого блока 1, 3, 5, 7, 9 направлены к центру окружности (параллельны линии, соединяющей центр блока лазерного диода и центр окружности), а p-n-переходы блоков 2, 4, 6, 8, 10 развернуты относительно направления к центру окружности на угол α по часовой стрелке вокруг своей оси.» Получена ДН излучателя, близкая к круглосимметричной (т.е. осесимметричной, с круглым поперечным сечением). При этом линейные размеры тела свечения, а, следовательно, и всего излучателя получены минимальными, отмечена его устойчивость к внешним механическим факторам. Излучатель по патенту RU 2187183 принят нами за прототип.The closest in technical essence is the known laser semiconductor injection emitter (see [patent RU 2187183,
В тоже время устройство с такими параметрами недостаточно эффективно, показана малая импульсная мощность излучения, недостаточная ее стабильность, высокое тепловыделение. В нем ограничено управление его параметрами.At the same time, a device with such parameters is not effective enough, low pulse power of the radiation, its insufficient stability, and high heat generation are shown. It has limited control over its parameters.
Техническим результатом предложенной полезной модели является повышение характеристик лазерных систем за счет увеличения импульсной мощности излучения и улучшения равномерности интенсивности излучения при наилучшем приближении контура поперечного сечения к окружности диаграммы направленности (далее ДН) импульсного лазерного полупроводникового излучателя с узким спектральным диапазоном, а также снижение среднего тепловыделения.The technical result of the proposed utility model is to increase the characteristics of laser systems by increasing the pulsed radiation power and improving the uniformity of radiation intensity with the best approximation of the contour of the cross section to the circumference of the radiation pattern (hereinafter NF) of a pulsed laser semiconductor emitter with a narrow spectral range, as well as reducing the average heat generation.
В соответствии с предлагаемой полезной моделью технический результат достигается тем, что предложен импульсный лазерный полупроводниковый излучатель (далее Излучатель), содержащий основание с блоками лазерных диодов, далее названными решетками лазерных диодов (далее РЛД), находящимися равномерно под углом друг к другу по окружности минимального диаметра на плоскости, перпендикулярной оси излучения излучателя, с электрическими выводами и герметичной оболочкой, содержащей крышку с прозрачным для излучения лазерных диодов окном и корпус. При этом имеется преимущественно нечетное число РЛД с p-n-переходами каждой из них, параллельными виртуальной плоскости, проведенной через центр каждой из них и центр основания. Основание является теплопроводящим. Все РЛД электрически соединены последовательно с соблюдением полярности и с оборотной стороны основания подключены к выходной обмотке введенного импульсного согласующего трансформатора с коэффициентом трансформации K, имеющего обмотку смещения рабочей точки сердечника, являющегося магнитопроводом, выполненного из магнитного материала с большой величиной индукции насыщения, например, нанокристаллического металлического сплава.In accordance with the proposed utility model, the technical result is achieved by the fact that a pulsed laser semiconductor emitter (hereinafter referred to as the Emitter) is proposed, comprising a base with laser diode blocks, hereinafter referred to as laser diode arrays (hereinafter RLD), uniformly at an angle to each other around the circumference of the minimum diameter on a plane perpendicular to the axis of radiation of the emitter, with electrical leads and a sealed enclosure containing a cover with a window and a body transparent to the radiation of laser diodes a. Moreover, there is a predominantly odd number of RLDs with p-n junctions of each of them parallel to the virtual plane drawn through the center of each of them and the center of the base. The base is thermally conductive. All RLDs are electrically connected in series with the correct polarity and on the reverse side of the base are connected to the output winding of an inserted pulse matching transformer with a transformation coefficient K having a bias winding of the core operating point, which is a magnetic core made of magnetic material with a large saturation induction value, for example, nanocrystalline metal alloy.
Предложенная совокупность существенных признаков позволила создать значительно более мощный Излучатель с узким спектральным диапазоном излучения, с улучшенной равномерностью интенсивности излучения с наилучшим приближением контура поперечного сечения ДН к окружности за счет суперпозиции полей определенно ориентированных РЛД преимущественно нечетного числа, на которые импульсы тока накачки подаются не напрямую, а через оригинальный импульсный согласующий трансформатор с коэффициентом трансформации К=5. При этом получена возможность уменьшить длительность импульса тока накачки и при сохранении его значительной амплитуды увеличить длину питающих проводников и уменьшить величину их сечения, а также за счет уменьшения тепловыделения в РЛД увеличить частоту следования импульсов тока накачки РЛД. Нами также получено приближение контура сечения ДН к окружности при меньшем количестве РЛД, чем в прототипе.The proposed set of essential features made it possible to create a much more powerful Emitter with a narrow spectral range of radiation, with improved uniformity of radiation intensity with the best approximation of the DN cross section contour to the circle due to the superposition of fields of specifically oriented RLDs of predominantly odd numbers, to which the pump current pulses are not directly applied, and through the original pulse matching transformer with a transformation coefficient of K = 5. At the same time, it was possible to reduce the duration of the pump current pulse and, while maintaining its significant amplitude, increase the length of the supply conductors and reduce their cross-section, and also by increasing the heat generation in the RLD, increase the repetition rate of the RLD pump current pulses. We also obtained the approximation of the contour of the cross section of the DN to the circle with a smaller number of RLDs than in the prototype.
Импульсный согласующий трансформатор обеспечивает формирование импульсов тока накачки с требуемой большой амплитудой при том, что амплитуда импульсов тока в первичной обмотке согласующего трансформатора и проводниках, соединяющих генератор импульсов и согласующий импульсный трансформатор, в K раз меньше, чем амплитуда импульсов тока, протекающих через РЛД, что, в свою очередь, позволяет обеспечить протекание через РЛД импульсов тока амплитудой 140 А - 175 А с длительностью единиц (3-5) микросекунд и тем снизить тепловыделение РЛД, а также увеличить максимальную интенсивность формируемого излучения, по сравнению с интенсивностью для импульсов большей длительности в десятки - сотни микросекунд.The pulse matching transformer provides the formation of pump current pulses with the required large amplitude, while the amplitude of the current pulses in the primary winding of the matching transformer and the conductors connecting the pulse generator and the matching pulse transformer are K times less than the amplitude of the current pulses flowing through the RLD, which , in turn, allows for the flow of current pulses through the RLD with an amplitude of 140 A - 175 A with a duration of units (3-5) microseconds and thereby reduce the heat generation of the RLD, as well as to increase the maximum intensity of the generated radiation, in comparison with the intensity for pulses of a longer duration of tens to hundreds of microseconds.
При этом излучатель может быть удален от источника импульсов тока накачки, что особенно важно при необходимости плотной упаковки составных частей изделия применения.In this case, the emitter can be removed from the source of pulses of the pump current, which is especially important if it is necessary to tightly pack the components of the product.
Обмотка смещения служит для задания положения рабочей точки магнитного сердечника трансформатора, при котором обеспечивается максимальный диапазон рабочей индукции. Применение сердечника, изготовленного из материала с большой величиной индукции насыщения (например, из нанокристаллического металлического сплава), обеспечивает минимальный размер трансформатора, а также малые величины токов намагничивания первичной обмотки и обмотки смещения, что, в свою очередь, способствует минимальным искажениям формы трансформируемого импульса тока.The bias winding serves to set the position of the operating point of the magnetic core of the transformer, which ensures the maximum range of working induction. The use of a core made of a material with a large value of saturation induction (for example, of a nanocrystalline metal alloy) ensures a minimum transformer size, as well as small values of the magnetization currents of the primary and bias windings, which, in turn, contributes to minimal distortion of the shape of the transformed current pulse .
Технический результат достигается также тем, чтоThe technical result is also achieved by the fact that
- имеется цилиндрический теплопроводящий корпус, при этом возможны случаи использования для ряда применений конструкции квадратного основания, квадратного или прямоугольного корпуса и для них вся заявленная совокупность признаков не изменится.- there is a cylindrical heat-conducting body, while it is possible to use the construction of a square base, square or rectangular case for a number of applications, and for them the entire claimed combination of features will not change.
По имеющимся у авторов сведениям, совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, неизвестна и не следует из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию "Новизна". Из всех обнаруженных нами источников информации не вытекает возможности получения предложенной нами совокупности признаков.According to the information available to the authors, the set of essential features characterizing the essence of the claimed invention is unknown and does not follow from the prior art, which allows us to conclude that the utility model meets the criterion of "Novelty". From all the sources of information that we have discovered, the possibility of obtaining the set of features we have proposed does not follow.
Технологическая реализация предложенного излучателя лазерного полупроводникового инжекционного основана на известных базовых методах изготовления полупроводникового излучателя и импульсного согласующего трансформатора, которые к настоящему времени хорошо разработаны и широко применяются. Предложение удовлетворяет критерию «Промышленная применимость».The technological implementation of the proposed laser semiconductor injection emitter is based on well-known basic methods for manufacturing a semiconductor emitter and a pulsed matching transformer, which are currently well developed and widely used. The proposal meets the criterion of "Industrial Applicability".
Настоящее изобретение поясняется фигурами 1-6.The present invention is illustrated by figures 1-6.
На Фиг. 1 а) схематично изображен продольный разрез предложенного Излучателя в соответствии с примером 1;In FIG. 1 a) schematically shows a longitudinal section of the proposed Emitter in accordance with example 1;
б) изображен вид А на основание с установленными решетками лазерных диодов при снятой крышке со стеклом в соответствии с примером 1.b) shows view A on the base with the installed arrays of laser diodes with the cover removed with glass in accordance with Example 1.
На фиг. 2 изображена вспомогательная схема для определения зависимости интенсивности I (ω,α) излучения Излучателя.In FIG. Figure 2 shows an auxiliary circuit for determining the dependence of the intensity I (ω, α) of the radiation of the Emitter.
На фиг. 3 а) изображена зависимость интенсивности I (ω,α) излучения Излучателя в соответствии с Примером 1 (9 РЛД);In FIG. 3 a) shows the dependence of the intensity I (ω, α) of the radiation of the Emitter in accordance with Example 1 (9 RLD);
б) изображена диаграмма направленности излучения Излучателя в соответствии с Примером 1 (9 РЛД).b) the radiation pattern of the Emitter is shown in accordance with Example 1 (9 RLD).
На фиг. 4 а) изображена зависимость интенсивности I (ω,α) излучения Излучателя в соответствии с Примером 2 (10 РЛД);In FIG. 4 a) shows the dependence of the intensity I (ω, α) of the radiation of the Emitter in accordance with Example 2 (10 RLD);
б) изображена диаграмма направленности излучения Излучателя в соответствии с Примером 2(10 РЛД).b) the radiation pattern of the Emitter is shown in accordance with Example 2 (10 RLD).
На фиг. 5 а) изображена зависимость интенсивности I (ω,α) излучения Излучателя в соответствии с Примером 3 (8 РЛД);In FIG. 5 a) shows the dependence of the intensity I (ω, α) of the radiation of the Emitter in accordance with Example 3 (8 RLD);
б) изображена диаграмма направленности излучения Излучателя в соответствии с Примером 3 (8 РЛД).b) the radiation pattern of the Emitter is shown in accordance with Example 3 (8 RLD).
На фиг. 6 а) изображена зависимость интенсивности I (ω,α) излучения Излучателя в соответствии с Примером 4 (7 РЛД);In FIG. 6 a) shows the dependence of the intensity I (ω, α) of the radiation of the Emitter in accordance with Example 4 (7 RLD);
б) изображена диаграмма направленности излучения Излучателя в соответствии с Примером 4 (7 РЛД).b) the radiation pattern of the Emitter is shown in accordance with Example 4 (7 RLD).
Далее приводим список позиций, указанных на прилагаемых фигурах (сквозная нумерация):The following is a list of the positions indicated on the attached figures (continuous numbering):
1 - Излучатель,1 - Emitter,
2 - решетка лазерных диодов (далее РЛД),2 - the array of laser diodes (hereinafter RLD),
3 - основание,3 - base
4 - первая крышка (с окном со стороны вывода излучения),4 - the first cover (with a window on the side of the radiation output),
5 - окно, прозрачное для лазерного излучения,5 - window, transparent to laser radiation,
6 - цилиндрический теплопроводящий корпус,6 - cylindrical heat-conducting body,
7 - вторая крышка,7 - the second cover,
8 - электрические выводы каждой РЛД.8 - electrical leads of each RLD.
9 - крайние электрические выводы РЛД,9 - extreme electrical conclusions RLD,
10 - согласующий импульсный трансформатор,10 - matching pulse transformer,
11 - входные внешние электрические выводы упомянутого трансформатора,11 - input external electrical terminals of said transformer,
12 - выходные электрические контакты трансформатора,12 - output electrical contacts of the transformer,
13 - паз для ввода входных внешних электрических выводов трансформатора,13 - groove for inputting input external electrical terminals of the transformer,
14 - обмотки трансформатора,14 - transformer windings,
15 - сердечник трансформатора,15 - transformer core,
16 - заливочный компаунд16 - casting compound
17 - ось излучения Излучателя,17 - radiation axis of the Emitter,
18 - первая виртуальная плоскость наблюдения,18 - the first virtual observation plane,
19 - вторая виртуальная плоскость наблюдения.19 - second virtual observation plane.
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными вариантами осуществления Излучателя. Приведенные примеры модификаций не являются единственными и предполагают наличие других реализаций.In the future, the invention is illustrated by specific embodiments of the Emitter. The given examples of modifications are not the only ones and suggest the presence of other implementations.
Пример 1. Устройство Излучателя 1, схематично изображенное на Фиг. 1, характеризуется следующим. На плоской поверхности медного теплопроводящего основания 3 по окружности с одинаковым углом разворота θn, равном 40±0,25° относительно его центра расположено девять РЛД 2 с практически одинаковыми характеристиками ДН дальнего поля излучения, соединенных между собой электрическими выводами 8 последовательно с соблюдением полярности, крайние электрические выводы 9 выведены на оборотную сторону основания 3.Example 1. The device of the
С обратной стороны основания 3 центрировано расположен узел согласования, представляющий собой импульсный согласующий трансформатор 10, выходные электрические контакты 12 которого соединены с крайними электрическими выводами 9 РЛД 2. Входные электрические выводы 11 импульсного согласующего трансформатора 10 подключены к внешней электрической схеме накачки - внешнему генератору коротких импульсов тока (на фигуре не показаны), отнесенного на расстояние 50 см (в других случаях может быть иное расстояние требуемое и удобное для эксплуатации, порядка 30 - 70 см). Со стороны РЛД 2 на основании 3 имеется первая крышка 4 со стеклянным выходным окном 5. Со стороны согласующего импульсного трансформатора 10 Излучатель 1 заключен в цилиндрический теплопроводящий корпус 6, соединенный с основанием 3 по периметру его боковой стороны. Цилиндрический теплопроводящий корпус 6 снизу закрыт второй крышкой 7 и в ней выполнен паз 13 для входных внешних электрических выводов 11. Между корпусом 6, изолированными электрическими выводами 9, 11, 12 и импульсным согласующим трансформатором 11 имеется заливочный компаунд 16.On the reverse side of the
Импульсный согласующий трансформатор 10 обеспечивает получение в нагрузке, которая состоит из последовательно соединенных РЛД 2, импульса тока большой амплитуды величиной до 200 А длительностью от 3 до 5 мкс, фронт и спад которого имеют длительности менее 1,5 мкс. Столь малые длительности фронта и спада обеспечиваются за счет реализации трансформатора с коэффициентом трансформации K, равном 5. При этом индуктивность проводников 8, соединяющих между собой РЛД 2 и выходную обмотку трансформатора 10, образующих контур протекания тока, оказывается меньшей индуктивности рассеяния импульсного согласующего трансформатора 10 и минимально влияет на увеличение длительности фронта и спада протекающего в этом контуре импульса тока. С целью минимизации габаритов и массы импульсного согласующего трансформатора 10, а также минимизации паразитной емкости и индуктивности рассеяния этого трансформатора 10 используется магнитопровод, изготовленный из материала с большой величиной индукции насыщения - например, нанокристаллического металлического сплава марки 5Т-М ТУ 14-23-215-2009. Этой же цели служит двухкратное увеличение диапазона изменения индукции, которое достигается магнитным смещением магнитопровода. Оно реализуется обмоткой магнитного смещения, на которую перед формированием импульса тока накачки РЛД 2 подается маломощный электрический импульс. Длительность этого импульса должна гарантированно обеспечивать формирование необходимого магнитного потока смещения. В результате применения импульсного согласующего трансформатора 10 допустимая индуктивность электрической линии соединения Излучателя 1 и генератора электрических импульсов увеличивается в K2 раз.The
Реализация коротких импульсов тока накачки РЛД 2 снижает выделяемую ими в корпусе 6 Излучателя 1 среднюю тепловую мощность и позволяет увеличить частоту их следования при сохранении высокого амплитудного значения тока накачки.The implementation of short pulses of the pump
Следует заметить, что нами опробованы и другие марки нанокристаллического магнитного материала, для изготовления сердечника (на фигуре не показан) трансформатора 11. При всех остальных параметрах Излучателя, соответствующих конструкции Примера 1, не обнаружено отклонений от результатов, полученных в Примере 1.It should be noted that we also tested other grades of nanocrystalline magnetic material for the manufacture of the core (not shown in the figure) of
Излучатель 1 работает следующим образом. На вход Излучателя 1, т.е. на первичную обмотку (на фигуре не показано) согласующего трансформатора 10, от внешнего генератора коротких импульсов тока (на фигуре не показан) на вход трансформатора 10 подается импульсный сигнал высокого (800 В) напряжения и малого (30 А) тока. Согласующий импульсный трансформатор 10 с коэффициентом трансформации К равным 5, обеспечивает на выходе рабочие импульсы тока амплитудой порядка 150 А с длительностью 4±1 мкс при напряжении 150 В, что и определило минимальные искажения формы трансформируемого импульса тока.The
Для определения интенсивности I, отн.ед., излучения Излучателя в зависимости от позиции наблюдателя нами предложено использовать соотношениеTo determine the intensity I, rel.units, the radiation of the Emitter, depending on the position of the observer, we proposed using the relation
, ,
где угловые координаты наблюдателя - ω и α, обозначающиеwhere the angular coordinates of the observer are ω and α, denoting
ω, град. - угол разворота плоскости, проходящей через ось Излучателя 1, далее плоскость наблюдения, вокруг оси Излучателя 1;ω, deg. - the angle of rotation of the plane passing through the axis of the
α, град. - угол наклона относительно оси Излучателя 1, а именно угол между осью Излучателя 1 и осью наблюдения в плоскости наблюдения, развернутой на угол ω относительно "нулевого" положения;α, city - the angle of inclination relative to the axis of the
Wx и Wy, град. - ширина диаграммы направленности РЛД 2 на уровне 0.5 от максимума в плоскостях перпендикулярной и параллельной p-n-переходу соответственно;Wx and Wy, hail. - the beam pattern of the
θn, рад. - угол разворота n-ой РЛД 2 определяется формулой:θ n , rad. - the angle of rotation of the n-
где n - порядковый номер РЛД 2 и N - общее количество РЛД 2.where n is the ordinal number of
Предложенная зависимость интенсивности излучения от угла разворота ω плоскости наблюдения вокруг оси Излучателя 1 при различных углах наклона α оси наблюдения по отношению к оси Излучателя 1 (ось наблюдения при значении углах наклона α0 совпадает с осью Излучателя 1) может быть пояснена с помощью Фиг. 2, где изображен Излучатель 1, виртуальные плоскости наблюдения 17 и 18 и показаны угловые координаты наблюдателя - ω и α.The proposed dependence of the radiation intensity on the angle of rotation ω of the observation plane around the axis of the
Ранее было отмечено, что для данного Примера 1 угол разворота θn n-ой РЛД 2 равен 40±0.25°, РЛД 2 подобраны с практически одинаковыми характеристиками ДН дальнего поля излучения, т.е. отклонения значений Wx и Wy, град. пренебрежимо малы и приняты следующими - Wx равна 40±2° и Wy равна 10±1°. После проведения расчетов получены очень незначительные изменения интенсивности I, отн.ед., излучения Излучателя в зависимости от угла разворота ω вокруг оси Излучателя 1 при различных углах наклона α, т.е. в зависимости от позиции наблюдателя (см. Фиг. 3а). Контур поперечного сечения ДН излучения Излучателя 1 близок к окружности (см. Фиг. 3б).It was previously noted that for this Example 1, the turning angle θ n of the n-
В дальнейших примерах исследовано влияние расположения РЛД 2 (изменение угла разворота θn) и выбора числа N РЛД 2 на диаграммы направленности дальнего поля Излучателя 1 и интенсивности I, отн. ед., излучения Излучателя 1 в зависимости от позиции наблюдателя.In further examples, the influence of the position of the RLD 2 (change in the angle of rotation θ n ) and the choice of the number N of the
Пример 2. Во втором примере Излучатель 1 состоит из десяти РЛД 2, расположенных с одинаковым углом разворота θn, равном 36±0,25° относительно его центра. Остальные параметры Излучателя 1 соответствуют конструкции Примера 1.Example 2. In the second example, the
Полученные расчетные результаты интенсивности I, отн.ед., излучения Излучателя в зависимости от позиции наблюдателя показаны на Фиг. 4а. Наблюдается значительно большие колебания значения интенсивности I, отн.ед., что не приемлемо для ряда применений.The obtained calculated results of the intensity I, rel.ed., emitter radiation depending on the position of the observer are shown in FIG. 4a. Significantly large fluctuations in the intensity value I, rel.ed., which is not acceptable for a number of applications.
Контур поперечного сечения ДН излучения Излучателя 1 близок к окружности (см. Фиг. 4б).The cross-sectional contour of the radiation pattern of the
Пример 3. В данном примере Излучатель 1 состоит из восьми РЛД 2, расположенных с одинаковым углом разворота θn, равном 45±0,25° относительно его центра. Остальные параметры Излучателя 1 соответствуют конструкции Примера 1. Получено весьма значительное изменение интенсивности излучения в зависимости от угла разворота ω вокруг оси Излучателя 1 при различных углах наклона α (см. Фиг. 5а), что не приемлемо для ряда применений. Контур поперечного сечения ДН излучения Излучателя 1 близок к окружности (см. Фиг. 5б).Example 3. In this example, the
Пример 4. В данном примере Излучатель 1 состоит из семи РЛД 4, расположенных с одинаковым углом разворота θn, равном 51,4±0,25° относительно его центра. Остальные параметры Излучателя 1 соответствуют конструкции Примера 1. Получено весьма незначительное изменение интенсивности излучения в зависимости от угла разворота ω вокруг оси Излучателя 1 при различных углах наклона α (см. Фиг. 6а). Контур поперечного сечения ДН излучения Излучателя 1 близок к окружности (см. Фиг. 6б).Example 4. In this example, the
Показано, что возможны использования различных конструкций РЛД, позволяющих в совокупности получить ДН с близким к окружности контуром сечения и практически равномерной интенсивностью I, отн. ед., излучения Излучателя в зависимости от позиции наблюдателя получена только при использовании нечетного числа РЛД.It has been shown that it is possible to use various RLD designs, which together make it possible to obtain MDs with a section contour close to the circumference and almost uniform intensity I, rel. units, emitter radiation depending on the position of the observer was obtained only when using an odd number of RLD.
Отличия контуров сечений ДН от окружности в различных направлениях объясняются как разбросом пространственных характеристик используемых лазерных структур, так и дефектами технологии изготовления РЛД и сборки Излучателей.Differences in the contours of the cross sections of the beam pattern from the circumference in different directions are explained both by the scatter of the spatial characteristics of the used laser structures and by defects in the manufacturing technology of the RLD and the assembly of the Emitters.
Приведенные исследования показали улучшенную равномерность интенсивности излучения Излучателя при близкой к окружности форме контура поперечного сечения ДН импульсного лазерного полупроводникового излучателя, при повышенной частоте следования трансформируемых к РЛД импульсов тока с минимальными искажениями формы импульсов, что определило полученную большую импульсную мощность излучения Излучателя в узком спектральном диапазоне.The above studies showed an improved uniformity of the radiation intensity of the Emitter with a circular cross-sectional shape of the bottom beam of a pulsed laser semiconductor emitter, at an increased repetition rate of current pulses that are transformed to RLD with minimal distortion in the shape of the pulses, which determined the obtained high pulsed radiation power of the Emitter in a narrow spectral range.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019127725U RU195797U1 (en) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | Pulsed laser semiconductor emitter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019127725U RU195797U1 (en) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | Pulsed laser semiconductor emitter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU195797U1 true RU195797U1 (en) | 2020-02-05 |
Family
ID=69416406
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019127725U RU195797U1 (en) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | Pulsed laser semiconductor emitter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU195797U1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2187183C2 (en) * | 2000-07-26 | 2002-08-10 | Государственное унитарное научно-производственное предприятие "ИНЖЕКТ" | Injection-type semiconductor laser radiator |
JP3968910B2 (en) * | 1999-04-23 | 2007-08-29 | 富士ゼロックス株式会社 | Surface emitting laser array |
DE102008062544A1 (en) * | 2007-12-20 | 2009-06-25 | DENSO CORPORARTION, Kariya-shi | Laser array circuit |
WO2015133936A1 (en) * | 2014-03-05 | 2015-09-11 | Yury Georgievich Shreter | Semiconductor light-emitting device with an axis of symmetry |
-
2019
- 2019-09-03 RU RU2019127725U patent/RU195797U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3968910B2 (en) * | 1999-04-23 | 2007-08-29 | 富士ゼロックス株式会社 | Surface emitting laser array |
RU2187183C2 (en) * | 2000-07-26 | 2002-08-10 | Государственное унитарное научно-производственное предприятие "ИНЖЕКТ" | Injection-type semiconductor laser radiator |
DE102008062544A1 (en) * | 2007-12-20 | 2009-06-25 | DENSO CORPORARTION, Kariya-shi | Laser array circuit |
WO2015133936A1 (en) * | 2014-03-05 | 2015-09-11 | Yury Georgievich Shreter | Semiconductor light-emitting device with an axis of symmetry |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3396344A (en) | Semiconductor laser array | |
CN109188823B (en) | Laser array light source for optical scanning | |
US3102920A (en) | Laser pumping technique using an internal pumping source | |
CN107743592A (en) | Multi-emitter diode laser encapsulates | |
US20180143301A1 (en) | Scanning LIDAR System using a curved rotating surface | |
RU195797U1 (en) | Pulsed laser semiconductor emitter | |
US3341857A (en) | Semiconductor light source | |
US20220114835A1 (en) | Light-emitting device, optical device, and information processing device | |
JP2019062185A (en) | Light-emitting device and lighting device | |
CN102227669A (en) | Interleaving laser beams | |
US7872275B2 (en) | Light-emitting diode arrangement | |
US10205065B2 (en) | Light-emitting device | |
RU2722407C1 (en) | Pulsed laser semiconductor emitter | |
US3359507A (en) | Semiconductor junction laser device | |
CA2332864C (en) | Scalable vertically diode-pumped solid-state lasers | |
RU2187183C2 (en) | Injection-type semiconductor laser radiator | |
US3448403A (en) | Laser structure with laser element inserted concentrically within cylindrical light pump tube | |
CN112864794B (en) | Laser equipment and control method thereof | |
CN113225890B (en) | Micro accelerator based on intelligent metamaterial and acceleration method thereof | |
CN215526244U (en) | Variable angle dot matrix projection module | |
JPWO2014188746A1 (en) | Solar simulator | |
CN115900591B (en) | Optical system, method and equipment for generating M-type light field | |
CN219917898U (en) | VCSEL light-emitting device | |
US20240021400A1 (en) | Planar filament with focused, central electron emission | |
JP7210000B2 (en) | Receiver module and optical power supply system |