RU2735581C2 - Applications, methods and systems for delivering laser radiation of addressed matrix - Google Patents

Applications, methods and systems for delivering laser radiation of addressed matrix Download PDF

Info

Publication number
RU2735581C2
RU2735581C2 RU2020111447A RU2020111447A RU2735581C2 RU 2735581 C2 RU2735581 C2 RU 2735581C2 RU 2020111447 A RU2020111447 A RU 2020111447A RU 2020111447 A RU2020111447 A RU 2020111447A RU 2735581 C2 RU2735581 C2 RU 2735581C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
beams
powder
brightness
aligned
Prior art date
Application number
RU2020111447A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020111447A (en
RU2020111447A3 (en
Inventor
Марк ЗЕДИКЕР
Мэттью СИЛВА СА
Жан Мишель ПЕЛАПРА
Дэвид Хилл
Мэттью ФИНУФ
Original Assignee
Нубуру, Инк.
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
Priority to US201562193047P priority Critical
Priority to US62/193,047 priority
Application filed by Нубуру, Инк. filed Critical Нубуру, Инк.
Publication of RU2020111447A publication Critical patent/RU2020111447A/en
Publication of RU2020111447A3 publication Critical patent/RU2020111447A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2735581C2 publication Critical patent/RU2735581C2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4087Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS, OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS, OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0905Dividing and/or superposing multiple light beams
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS, OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938Using specific optical elements
    • G02B27/0977Reflective elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS, OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10Beam splitting or combining systems
    • G02B27/108Beam splitting or combining systems for sampling a portion of a beam or combining a small beam in a larger one, e.g. wherein the area ratio or power ratio of the divided beams significantly differs from unity, without spectral selectivity
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS, OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides
    • G02B6/02Optical fibre with cladding with or without a coating
    • G02B6/02042Multicore optical fibres
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS, OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides
    • G02B6/04Light guides formed by bundles of fibres
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/30Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • H01S3/302Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in an optical fibre
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/0225Out-coupling of light
    • H01S5/02251Out-coupling of light using optical fibres
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/0225Out-coupling of light
    • H01S5/02255Out-coupling of light using beam deflecting elements
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024Arrangements for thermal management
    • H01S5/02407Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling
    • H01S5/02423Liquid cooling, e.g. a liquid cools a mount of the laser
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4012Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures
    • H01S5/4062Edge-emitting structures with an external cavity or using internal filters, e.g. Talbot filters
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/30Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/005Optical 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
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/02208Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/023Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures
    • H01S5/4043Edge-emitting structures with vertically stacked active layers
    • H01S5/405Two-dimensional arrays

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: disclosed is a laser system for performing laser operations, comprising at least three modules of laser diodes, wherein each of said at least three laser diode modules comprises at least ten laser diodes, each of said at least ten laser diodes is capable of outputting a blue laser beam having power of at least about 2 W and a product of beam parameters below 8 mm·mrad, along a laser beam trajectory, wherein the trajectory of each laser beam is substantially parallel, as a result of which a space is set between laser beams propagating along laser beam trajectories, a spatial alignment means and maintaining brightness of blue laser beams located on all of said at least thirty trajectories of laser beams, wherein spatial alignment and preservation of brightness comprises collimating optics along first axis of laser beam, vertical matrix of prisms along second axis of laser beam and telescopic device, as a result, the spatial alignment and preservation means fills the space between the laser beams with laser energy, resulting in a combined laser beam having a power of at least about 600 W and having beam parameters smaller than 40 mm·mrad. Also disclosed is a laser processing system with an addressable matrix, comprising at least three said laser systems, wherein each of said at least three laser systems is configured to input each of its aligned laser beams into one optical fibre.
EFFECT: as a result, each of said at least three aligned laser beams is configured to extend along the associated optical fibre, said at least three optical fibres in optical communication with the laser head and a control system, wherein the control system comprises a program having a predetermined sequence for delivering each of the aligned laser beams to a predetermined location on the target material.
13 cl, 16 dwg

Description

[0001] В соответствии с пар. 119(е)(1) раздела 35 Кодекса законов США по этой заявке испрашивается преимущество согласно предварительной заявке №62/193047 на патент США, поданной 15 июля 2015 года, полное раскрытие которой включено в настоящий документ по ссылке.[0001] In accordance with par. 119 (e) (1) of Title 35, United States Code, this application claims the benefit of Provisional US Patent Application No. 62/193047, filed July 15, 2015, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯFIELD OF THE INVENTION
[0002] Настоящее изобретение относится к матричным модулям для совмещения лазерных пучков; и, в частности, к матричным модулям, которые могут обеспечивать лазерные пучки с высокой яркостью для использования в системах и применениях в областях производства, изготовления, зрелищных мероприятий, графического изображения, визуализации, анализа, мониторинга, сборки, стоматологии и медицины.[0002] The present invention relates to array modules for aligning laser beams; and in particular to array modules that can provide high brightness laser beams for use in systems and applications in the fields of manufacturing, fabrication, entertainment, graphics, imaging, analysis, monitoring, assembly, dentistry and medicine.
[0003] Многие лазеры и, в частности, полупроводниковые лазеры, такие как лазерные диоды, обеспечивают лазерные пучки, имеющие весьма желательные длины волн и качество пучков, включая яркость. Эти лазеры могут иметь длины волн в видимой области, УФ области, ИК области и их комбинациях, а также большие или меньшие длины волн. Область полупроводниковых лазеров, а также других лазерных источников, например волоконных лазеров, быстро развивается, при этом непрерывно разрабатываются новые лазерные источники и обеспечивают существование новых длин волн лазеров. При наличии требуемых качеств пучков многие из этих лазеров имеют меньшие мощности, чем требуемые или необходимые для конкретных применений. Таким образом, эти более низкие мощности ограничивали увеличение практической ценности и промышленных применений этих лазерных источников.[0003] Many lasers, and in particular semiconductor lasers such as laser diodes, provide laser beams having highly desirable wavelengths and beam quality, including brightness. These lasers can have wavelengths in the visible region, UV region, IR region, and combinations thereof, as well as longer or shorter wavelengths. The field of semiconductor lasers, as well as other laser sources such as fiber lasers, is growing rapidly, with new laser sources being continuously developed and providing new laser wavelengths. Given the required beam qualities, many of these lasers are less powerful than what is required or required for specific applications. Thus, these lower powers limited the increased practical value and industrial applications of these laser sources.
[0004] Кроме того, ранее имевшие место попытки объединения лазеров этих видов обычно были неудовлетворительными, в качестве некоторых примеров, среди прочих причин, трудности при выставлении пучков, трудности при поддержании пучков выставленными во время применений, потерю качества пучков, трудности с конкретным расположением лазерных источников, проблемы размеров и управления электропитанием.[0004] In addition, previous attempts at combining these types of lasers have generally been unsatisfactory, some examples include, among other reasons, difficulty in aligning beams, difficulty keeping beams aligned during applications, loss of beam quality, difficulty with specific laser placement. sources, sizing and power management issues.
[0005] Используемым в этой заявке терминам «синие лазерные пучки», «лазеры синего свечения» и «синий» следует придавать самый широкий смысл, если особо не оговорено иное, и обычно они относятся к системам, которые обеспечивают лазерные пучки, лазерным пучкам, лазерным источникам, например, лазеры или лазерные диоды, которые обеспечивают, например, распространение лазерного пучка или излучения, имеющего длину волны от примерно 400 нм до примерно 500 нм.[0005] As used in this application, the terms "blue laser beams", "blue lasers" and "blue" should be given the broadest meaning, unless otherwise specified, and generally refer to systems that provide laser beams, laser beams, laser sources, such as lasers or laser diodes, which, for example, propagate a laser beam or radiation having a wavelength of about 400 nm to about 500 nm.
[0006] Термин «примерно», используемый здесь, обычно служит для охвата, если не указано иное, изменения или диапазона ±10% экспериментальной или инструментальной ошибки, связанной с получением контрольного значения, и, предпочтительно, чтобы он охватывал более широкие пределы.[0006] The term "about", as used herein, generally serves to encompass, unless otherwise indicated, the variation or range of ± 10% of the experimental or instrumental error associated with obtaining a control value, and preferably to encompass wider ranges.
[0007] Раздел «Предпосылки изобретения» предназначен для ознакомления с различными аспектами из уровня техники, которые могут быть связаны с вариантами осуществления настоящего изобретения. Поэтому предшествующим рассмотрением в этом разделе обеспечиваются основные положения, предназначенные для лучшего понимания настоящего изобретения, и его не следует считать признанием уровня техники.[0007] The Background of the Invention section is intended to introduce various aspects of the prior art that may be associated with embodiments of the present invention. Therefore, the foregoing discussion in this section provides guidelines for a better understanding of the present invention and should not be considered an admission of the prior art.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
[0008] Помимо всего прочего, в течение длительного времени имеется неудовлетворенная потребность в модулях и системах для совмещения многочисленных лазерных пучков источников в один или несколько лазерных пучков при сохранении или улучшении требуемых характеристик пучков, таких как яркость и мощность. Настоящим изобретением, помимо всего прочего, решается задача удовлетворения этой потребности путем создания изделий промышленного производства, устройств и процессов, раскрытых в этой заявке.[0008] Among other things, there has been an unmet need for modules and systems for a long time to combine multiple laser source beams into one or more laser beams while maintaining or improving desired beam characteristics such as brightness and power. The present invention, among other things, solves the problem of satisfying this need by creating industrial products, devices and processes disclosed in this application.
[0009] Таким образом, обеспечена лазерная система для выполнения лазерных технологических операций, имеющая множество модулей лазерных диодов, при этом каждый модуль лазерных диодов имеет множество лазерных диодов, способных выдавать отдельный синий лазерный пучок по траектории лазерного пучка; средство пространственного совмещения отдельных синих лазерных пучков для получения совмещенного лазерного пучка, имеющего одно пятно в дальней зоне, вводимого в оптическое волокно для подачи на целевой материал; и при этом средство пространственного совмещения отдельных синих лазерных пучков по траектории лазерного пучка и в оптической связи с каждым лазерным диодом.[0009] Thus, there is provided a laser system for performing laser processing operations having a plurality of laser diode units, each laser diode unit having a plurality of laser diodes capable of emitting a separate blue laser beam along a laser beam path; means for spatial alignment of individual blue laser beams to obtain a aligned laser beam having one spot in the far field, introduced into an optical fiber for delivery to a target material; and wherein means for spatial alignment of individual blue laser beams along the path of the laser beam and in optical communication with each laser diode.
[0010] Кроме того, предложены способы и системы, имеющие один или более из следующих признаков: имеющие по меньшей мере три модуля лазерных диодов; и при этом каждый модуль лазерных диодов имеет по меньшей мере 30 лазерных диодов; причем модули лазерных диодов способны к распространению лазерных пучков, имеющих суммарную мощность по меньшей мере примерно 30 Вт и показатель параметра пучка ниже 20 мм⋅мрад; причем показатель параметра пучка ниже чем 15 мм⋅мрад; причем показатель параметра пучка ниже 10 мм⋅мрад; причем средство пространственного совмещения выдает совмещенный лазерный пучок с яркостью, составляющей умноженную на N яркость отдельного лазерного пучка, где N - число лазерных диодов в модуле лазерных диодов; причем средство пространственного совмещения повышает мощность лазерного пучка при сохранении яркости совмещенного лазерного пучка; в результате чего совмещенный лазерный пучок имеет мощность, которая составляет по меньшей мере 50-кратную мощность отдельного лазерного пучка, и в результате этого произведение параметров совмещенного лазерного пучка составляет не больше, чем умноженное на 2 раза произведение параметров отдельного лазерного пучка; в результате этого произведение параметров совмещенного лазерного пучка составляет не больше, чем умноженное на 1,5 раза произведение параметров отдельного лазерного пучка; в результате этого произведение параметров совмещенного лазерного пучка составляет не больше, чем умноженное на 1 произведение параметров отдельного лазерного пучка; причем средство пространственного совмещения повышает мощность лазерного пучка при сохранении яркости отдельных лазерных пучков; в результате чего совмещенный лазерный пучок имеет мощность, которая составляет по меньшей мере 100-кратную мощность отдельного лазерного пучка, и в результате этого произведение параметров совмещенного лазерного пучка составляет не больше, чем умноженное на 2 произведение параметров отдельного лазерного пучка; в результате этого произведение параметров совмещенного лазерного пучка составляет не больше, чем умноженное на 1,5 произведение параметров отдельного пучка; в результате этого произведение параметров совмещенного лазерного пучка составляет не больше чем, умноженное на 1 произведение параметров отдельного лазерного пучка; причем оптическое волокно является стойким к соляризации; причем средство пространственного совмещения содержит модули, выбранные из группы, состоящей из выставляющих плоскопараллельных пластинок и клиньев, для коррекции по меньшей мере одного из ошибок положения или ошибок в наведении лазерного диода; причем средство пространственного совмещения имеет поляризационное устройство совмещения пучков, способное повышать эффективную яркость совмещенных лазерных пучков по сравнению отдельными лазерными пучками; причем модулями лазерных диодов заданы траектории отдельных лазерных пучков с пространством между каждой из этих траекторий, в результате чего отдельные лазерные пучки имеют пространство между каждым пучком; и причем средство пространственного совмещения имеет коллиматор для коллимирования отдельных лазерных пучков по быстрой оси лазерных диодов, периодическое зеркало для совмещения коллимированных лазерных пучков, при этом периодическое зеркало выполнено с возможностью отражения первого лазерного пучка с первого диода в модуле лазерных диодов и пропускания второго лазерного пучка со второго диода в модуле лазерных диодов, в результате чего заполняется пространство между отдельными лазерными пучками по быстрому направлению; причем средство пространственного совмещения имеет структурированное зеркало на стеклянной подложке; причем стеклянная подложка имеет достаточную толщину для сдвига вертикального положения лазерного пучка от лазерного диода для заполнения пустого пространства между лазерными диодами; и способы и системы имеют ступенчатый теплоотвод.[0010] In addition, methods and systems are provided having one or more of the following features: having at least three laser diode modules; and wherein each laser diode module has at least 30 laser diodes; moreover, the laser diode modules are capable of propagating laser beams having a total power of at least about 30 W and a beam parameter index below 20 mm⋅mrad; moreover, the parameter of the beam is less than 15 mm⋅mrad; moreover, the index of the beam parameter is below 10 mm⋅mrad; moreover, the spatial alignment means produces a aligned laser beam with a brightness that is multiplied by N the brightness of an individual laser beam, where N is the number of laser diodes in the laser diode module; moreover, the spatial alignment means increases the power of the laser beam while maintaining the brightness of the aligned laser beam; whereby the aligned laser beam has a power that is at least 50 times the power of the individual laser beam, and as a result, the product of the parameters of the aligned laser beam is no more than the product of the parameters of the individual laser beam multiplied by 2; as a result, the product of the parameters of the aligned laser beam is no more than the product of the parameters of the individual laser beam multiplied by 1.5 times; as a result, the product of the parameters of the aligned laser beam is no more than the product of the parameters of the individual laser beam multiplied by 1; moreover, the spatial alignment means increases the power of the laser beam while maintaining the brightness of the individual laser beams; whereby the aligned laser beam has a power that is at least 100 times the power of the individual laser beam, and as a result, the product of the parameters of the aligned laser beam is no more than the product of the parameters of the individual laser beam multiplied by 2; as a result, the product of the parameters of the aligned laser beam is no more than the product of the parameters of an individual beam multiplied by 1.5; as a result, the product of the parameters of the aligned laser beam is not more than multiplied by 1 the product of the parameters of the individual laser beam; moreover, the optical fiber is resistant to solarization; moreover, the spatial alignment means contains modules selected from the group consisting of exposing plane-parallel plates and wedges, for correcting at least one of the position errors or errors in pointing the laser diode; wherein the spatial alignment means has a polarizing beam alignment device capable of increasing the effective brightness of the aligned laser beams as compared to individual laser beams; moreover, the modules of laser diodes set the trajectories of individual laser beams with a space between each of these trajectories, as a result of which the individual laser beams have a space between each beam; and wherein the spatial alignment means has a collimator for collimating individual laser beams along the fast axis of the laser diodes, a periodic mirror for aligning collimated laser beams, while the periodic mirror is configured to reflect the first laser beam from the first diode in the laser diode module and transmit the second laser beam from a second diode in the laser diode module, thereby filling the space between the individual laser beams in a fast direction; wherein the spatial alignment means has a structured mirror on a glass substrate; moreover, the glass substrate has a sufficient thickness to shift the vertical position of the laser beam from the laser diode to fill the empty space between the laser diodes; and the methods and systems have a staged heat sink.
[0011] Более того, предложена лазерная система для обеспечения лазерного пучка высокой яркости и большой мощности, имеющая: множество модулей лазерных диодов; при этом каждый модуль лазерных диодов имеет множество лазерных диодов, способных выдавать синий лазерный пучок, имеющий исходную яркость; средство пространственного совмещения синих лазерных пучков для получения совмещенного лазерного пучка, имеющего конечную яркость и образующего одно пятно в дальней зоне, вводимого в оптическое волокно; причем каждый лазерный диод фиксирован внешним резонатором на другой длине волны для значительного повышения яркости совмещенного лазерного пучка, в результате чего конечная яркость совмещенного лазерного пучка является примерно такой же, как исходная яркость лазерных пучков от лазерного диода.[0011] Moreover, there is proposed a laser system for providing a laser beam of high brightness and high power, having: a plurality of laser diode modules; wherein each laser diode unit has a plurality of laser diodes capable of emitting a blue laser beam having an original brightness; means for spatial alignment of blue laser beams for obtaining an aligned laser beam having a finite brightness and forming a single spot in the far field, introduced into the optical fiber; wherein each laser diode is fixed by an external resonator at a different wavelength to significantly increase the brightness of the aligned laser beam, resulting in the final brightness of the aligned laser beam being approximately the same as the initial brightness of the laser beams from the laser diode.
[0012] Кроме того, предложены способы и системы, имеющие один или более из следующих признаков: причем каждый лазерный диод фиксирован на одной длине волны с помощью внешнего резонатора на основе дифракционной решетки и каждый из модуля лазерных диодов объединен в совмещенный пучок с помощью средства совмещения, выбранного из группы, состоящей из узкополосного пространственного оптического фильтра и дифракционной решетки; причем рамановский преобразователь представляет собой оптическое волокно, которое имеет сердцевину из беспримесного плавленого кварцевого стекла для создания источника с более высокой яркостью и фторсодержащую внешнюю сердцевину для удержания синего излучения накачки; причем рамановский преобразователь использован для накачки рамановского преобразователя, такого как оптическое волокно, которое имеет легированную GeO2 центральную сердцевину с внешней сердцевиной, для создания вместе источника с более высокой яркостью и внешнюю сердцевину, которая крупнее, чем центральная сердцевина, для удержания синего излучения накачки; причем рамановский преобразователь представляет собой оптическое волокно, которое имеет легированную P2O5 сердцевину, для создания источника с более высокой яркостью и внешнюю сердцевину, которая крупнее, чем центральная сердцевина, для удержания синего излучения накачки; причем рамановский преобразователь представляет собой оптическое волокно, которое имеет сердцевину с градиентным показателем преломления, для создания источника с более высокой яркостью и внешнюю сердцевину, которая крупнее, чем центральная сердцевина, для удержания синего излучения накачки; причем рамановский преобразователь представляет собой легированную GeO2 сердцевину с градиентным показателем преломления и внешнюю сердцевину со ступенчатым показателем преломления; причем рамановский преобразователь использован для накачки волокна рамановского преобразователя, которое представляет собой легированную P2O5 сердцевину с градиентным показателем преломления и внешнюю сердцевину со ступенчатым показателем преломления; причем рамановский преобразователь использован для накачки волокна рамановского преобразователя, которое представляет собой легированную GeO2 сердцевину с градиентным показателем преломления; причем рамановский преобразователь представляет собой легированную P2O5 сердцевину с градиентным показателем преломления и внешнюю сердцевину со ступенчатым показателем преломления; причем рамановский преобразователь представляет собой алмаз для создания лазерного источника с более высокой яркостью; причем рамановский преобразователь представляет собой калиево-гадолиниевый вольфрамат для создания лазерного источника с более высокой яркостью; причем рамановский преобразователь представляет собой YVO4 для создания лазерного источника с более высокой яркостью; причем рамановский преобразователь представляет собой Ba(NO3)2 для создания лазерного источника с более высокой яркостью; и причем рамановский преобразователь представляет собой газ высокого давления для создания лазерного источника с более высокой яркостью.[0012] In addition, methods and systems are proposed having one or more of the following features: wherein each laser diode is fixed at one wavelength by an external resonator based on a diffraction grating, and each of the laser diode module is combined into a aligned beam by means of alignment , selected from the group consisting of a narrow-band spatial optical filter and a diffraction grating; moreover, the Raman converter is an optical fiber that has a core of pure fused silica glass to create a source with a higher brightness and a fluorine outer core to contain the blue pump radiation; wherein the Raman converter is used to pump a Raman converter, such as an optical fiber, which has a GeO 2 doped central core with an outer core to form together a higher brightness source and an outer core that is larger than the central core to contain the blue pumping radiation; wherein the Raman converter is an optical fiber that has a P 2 O 5 doped core to create a source with higher brightness and an outer core that is larger than the central core to contain the blue pump radiation; wherein the Raman converter is an optical fiber that has a graded refractive index core to create a source of higher brightness and an outer core that is larger than the central core to contain the blue pump radiation; moreover, the Raman converter is a GeO 2 doped core with a gradient refractive index and an outer core with a stepped refractive index; wherein the Raman transducer is used to pump a Raman transducer fiber that is a P 2 O 5 -doped gradient refractive index core and a stepped refractive index outer core; moreover, the Raman converter is used to pump a Raman converter fiber, which is a GeO 2 doped core with a gradient refractive index; moreover, the Raman transducer is a P 2 O 5 doped core with a gradient refractive index and an outer core with a stepped refractive index; moreover, the Raman transformer is a diamond for creating a laser source with a higher brightness; moreover, the Raman converter is a potassium-gadolinium tungstate for creating a laser source with a higher brightness; moreover, the Raman converter is YVO 4 for creating a laser source with a higher brightness; moreover, the Raman converter is Ba (NO 3 ) 2 for creating a laser source with a higher brightness; and wherein the Raman transducer is a high pressure gas for creating a laser source with a higher brightness.
[0013] Кроме того, также предложена лазерная система для выполнения лазерных технологических операций, имеющая: множество модулей лазерных диодов; при этом каждый модуль лазерных диодов имеет множество лазерных диодов, способных выдавать синий лазерный пучок по траектории лазерного пучка; средство пространственного совмещения синих лазерных пучков для получения совмещенного лазерного пучка, имеющего одно пятно в дальней зоне, оптически вводимого в рамановский преобразователь, чтобы накачивать рамановский преобразователь для повышения яркости совмещенного лазерного пучка.[0013] In addition, there is also proposed a laser system for performing laser processing operations having: a plurality of laser diode modules; wherein each laser diode module has a plurality of laser diodes capable of emitting a blue laser beam along the path of the laser beam; means for spatial alignment of blue laser beams for obtaining a aligned laser beam having a single spot in the far field, optically coupled to a Raman transducer to pump the Raman transducer to increase the brightness of the aligned laser beam.
[0014] В дополнение к этому предложен способ обеспечения совмещенного лазерного пучка, содержащий функционирование матрицы лазеров с рамановским преобразованием для генерации синих лазерных пучков с отдельными различными длинами волн и совмещенных лазерных пучков для образования источника с более высокой мощностью при сохранении пространственной яркости исходного источника.[0014] In addition, there is provided a method for providing a aligned laser beam comprising operating an array of Raman converting lasers to generate blue laser beams of distinct different wavelengths and aligned laser beams to form a higher power source while maintaining the spatial brightness of the original source.
[0015] Кроме того, дополнительно предложена лазерная система для выполнения лазерных технологических операций, имеющая: множество модулей лазерных диодов; при этом каждый модуль лазерных диодов имеет множество лазерных диодов, способных выдавать синий лазерный пучок вдоль траектории лазерного пучка; коллимирующую и совмещающую оптику вдоль траектории лазерного пучка, которая способна выдавать совмещенный лазерный пучок; и оптическое волокно для приема совмещенного лазерного пучка.[0015] In addition, further proposed a laser system for performing laser processing operations, having: a plurality of laser diode modules; wherein each laser diode module has a plurality of laser diodes capable of emitting a blue laser beam along the path of the laser beam; collimating and aligning optics along the trajectory of the laser beam that is capable of delivering the aligned laser beam; and an optical fiber for receiving the aligned laser beam.
[0016] Более того, предложены способы и системы, имеющие один или более из следующих признаков: причем оптическое волокно находится в оптической связи с легированным редкоземельной примесью волокном, в результате чего совмещенный лазерный пучок способен накачивать легированное редкоземельным элементом волокно для создания лазерного источника с более высокой яркостью; и причем оптическое волокно находится в оптической связи с внешней сердцевиной преобразователя яркости, в результате чего совмещенный лазерный пучок способен накачивать внешнюю сердцевину преобразователя яркости для получения более высокого коэффициента повышения яркости.[0016] Moreover, methods and systems are proposed having one or more of the following features: wherein the optical fiber is in optical communication with the rare-earth doped fiber, as a result of which the aligned laser beam is able to pump the rare-earth-doped fiber to create a laser source with more high brightness; and wherein the optical fiber is in optical communication with the outer core of the dimmer, whereby the aligned laser beam is capable of pumping the outer core of the dimmer to obtain a higher dimming factor.
[0017] Кроме того, предложено рамановское волокно, имеющее сдвоенные сердцевины, при этом одна из двух сердцевин является центральной сердцевиной с высокой яркостью; и средство подавления рамановского сигнала второго порядка в центральной сердцевине с высокой яркостью, выбранное из группы, состоящей из фильтра, волоконной брэгговской решетки, разности в нормализованной частоте (V) для рамановских сигналов первого и второго порядка и различия потерь на микроизгибах.[0017] In addition, there is provided a Raman fiber having dual cores, wherein one of the two cores is a high brightness central core; and means for suppressing a second order Raman signal in a high luminance central core selected from the group consisting of a filter, a fiber Bragg grating, a difference in normalized frequency (V) for the first and second order Raman signals, and a microbend loss difference.
[0018] Кроме того, предложена система генерации второй гармоники, имеющая: рамановский преобразователь с первой длиной волны для генерации излучения на половине первой длины волны; и удваивающий частоту кристалл во внешнем резонаторе, выполненный с возможностью предотвращения распространения излучения с половинной длиной волны через оптическое волокно.[0018] In addition, there is proposed a second harmonic generation system having: a first wavelength Raman converter for generating radiation at half of the first wavelength; and a frequency doubling crystal in an external resonator configured to prevent the half-wavelength radiation from propagating through the optical fiber.
[0019] Более того, предложены способы и системы, имеющие один или более из следующих признаков: причем первая длина волны составляет примерно 460 нм; и удваивающий частоту кристалл во внешнем резонаторе представляет собой KTP; и причем рамановский преобразователь имеет некруговую внешнюю сердцевину, структурированную для повышения эффективности рамановской конверсии.[0019] Moreover, there are provided methods and systems having one or more of the following features: wherein the first wavelength is about 460 nm; and the frequency doubling crystal in the external resonator is KTP; and wherein the Raman converter has a non-circular outer core structured to improve the efficiency of the Raman conversion.
[0020] Кроме того, предложена система генерации третьей гармоники, имеющая: рамановский преобразователь с первой длиной волны для генерации излучения со второй длиной волны, меньшей, чем первая длина волны; и удваивающий частоту кристалл во внешнем резонаторе, выполненный с возможностью предотвращения распространения излучения с меньшей длиной волны через оптическое волокно.[0020] In addition, there is provided a third harmonic generation system having: a first wavelength Raman converter for generating radiation with a second wavelength less than the first wavelength; and a frequency doubling crystal in an external resonator configured to prevent radiation with a shorter wavelength from propagating through the optical fiber.
[0021] Кроме того, предложена система генерации четвертой гармоники, имеющая: рамановский преобразователь для генерации излучения при 57,5 нм с использованием удваивающего частоту кристалла во внешнем резонаторе, выполненного с возможностью предотвращения распространения излучения с длиной волны 57,5 через оптическое волокно.[0021] In addition, there is proposed a fourth harmonic generation system having: a Raman converter for generating radiation at 57.5 nm using a frequency doubling crystal in an external resonator configured to prevent the propagation of radiation with a wavelength of 57.5 through an optical fiber.
[0022] Кроме того, предложена система генерации второй гармоники, имеющая легированный редкоземельной примесью преобразователь яркости, содержащий тулий, который генерирует когерентное излучение при 473 нм, будучи накачиваемым матрицей лазерных диодов синего свечения при 450 нм, для генерации излучения с длиной волны, равной половине длины волны лазерного источника или 236,5 нм, с использованием удваивающего частоту кристалла во внешнем резонаторе, но не позволяет распространение излучения с короткой длиной волны через оптическое волокно.[0022] In addition, there is proposed a second harmonic generation system having a rare-earth doped thulium-containing brightness converter that generates coherent radiation at 473 nm while being pumped by an array of blue laser diodes at 450 nm to generate radiation with a wavelength equal to half the wavelength of the laser source, or 236.5 nm, using a frequency doubling crystal in the external cavity, but does not allow the propagation of short wavelength radiation through the optical fiber.
[0023] Кроме того, предложена система генерации третьей гармоники, имеющая: легированный редкоземельной примесью преобразователь яркости, содержащий тулий, который генерирует когерентное излучение при 473 нм, будучи накачиваемым матрицей лазерных диодов синего свечения при 450 нм, для генерации излучения при 118,25 нм с использованием удваивающего частоту кристалла во внешнем резонаторе, но не позволяет распространение излучения с короткой длиной волны через оптическое волокно.[0023] In addition, there is provided a third harmonic generation system having: a rare-earth doped thulium-containing brightness converter that generates coherent radiation at 473 nm, being pumped by an array of blue laser diodes at 450 nm to generate radiation at 118.25 nm using a frequency doubling crystal in an external cavity, but does not allow the propagation of short wavelength radiation through the optical fiber.
[0024] Кроме того, предложена система генерации четвертой гармоники, имеющая легированный редкоземельной примесью преобразователь яркости, содержащий тулий, который генерирует когерентное излучение при 473 нм, будучи накачиваемым матрицей лазерных диодов синего свечения при 450 нм, для генерации излучения при 59,1 нм с использованием удваивающего частоту кристалла во внешнем резонаторе, но не позволяет распространение излучения с короткой длиной волны через оптическое волокно.[0024] In addition, there is proposed a fourth harmonic generation system having a rare-earth doped thulium-containing brightness converter that generates coherent radiation at 473 nm while being pumped by an array of blue laser diodes at 450 nm to generate radiation at 59.1 nm with using a frequency-doubling crystal in an external resonator, but does not allow the propagation of short wavelength radiation through the optical fiber.
[0025] Дополнительно предложена лазерная система для выполнения лазерных технологических операций, имеющая по меньшей мере три модуля лазерных диодов; при этом каждый из упомянутых по меньшей мере трех модулей лазерных диодов имеет по меньшей мере десять лазерных диодов, причем каждый из упомянутых по меньшей мере десяти лазерных диодов способен выдавать синий лазерный пучок, имеющий мощность по меньшей мере примерно 2 Вт и произведение параметров пучка ниже 8 мм⋅мрад, по траектории лазерного пучка, при этом траектория каждого лазерного пучка являются практически параллельной, в результате чего задано пространство между лазерными пучками, распространяющимися по траекториям лазерных пучков; средство пространственного совмещения и сохранения яркости синих лазерных пучков, расположенных по всем из упомянутых по меньшей мере тридцати траекторий лазерных пучков, при этом средство пространственного совмещения и сохранения яркости имеет коллимирующую оптику по первой оси лазерного пучка, вертикальную матрицу призм по второй оси лазерного пучка и телескопическое устройство, в результате чего средство пространственного совмещения и сохранения заполняет пространство между лазерными пучками лазерной энергией, вследствие чего выдается совмещенный лазерный пучок мощностью по меньшей мере примерно 600 Вт и с произведением параметров пучка ниже 40 мм⋅мрад.[0025] Additionally, there is proposed a laser system for performing laser technological operations, having at least three laser diode modules; wherein each of said at least three laser diode modules has at least ten laser diodes, each of said at least ten laser diodes being capable of emitting a blue laser beam having a power of at least about 2 W and a product of beam parameters below 8 mm⋅mrad, along the trajectory of the laser beam, while the trajectory of each laser beam is practically parallel, as a result of which the space between the laser beams propagating along the trajectories of the laser beams is specified; means for spatial alignment and preservation of the brightness of blue laser beams located along all of the mentioned at least thirty trajectories of laser beams, while the means for spatial alignment and preservation of brightness has collimating optics along the first axis of the laser beam, a vertical matrix of prisms along the second axis of the laser beam and a telescopic a device, as a result of which the spatial alignment and preservation means fills the space between the laser beams with laser energy, as a result of which the aligned laser beam is emitted with a power of at least about 600 W and the product of the beam parameters below 40 mmmrad.
[0026] Кроме того, предложена система лазерной обработки с адресуемой матрицей, имеющая: по меньшей мере три лазерные системы ранее описанного вида, при этом каждая из упомянутых по меньшей мере трех лазерных систем выполнена с возможностью ввода каждого из совмещенных лазерных пучков в одно оптическое волокно; в результате чего каждый из упомянутых по меньшей мере трех совмещенных лазерных пучков способен проходить по связанному с ним оптическому волокну; упомянутые по меньшей мере три оптических волокна в оптической связи с лазерной головкой; и систему управления; при этом система управления имеет программу, имеющую заданную последовательность доставки каждого из совмещенных лазерных пучков на заданное местоположение на целевом материале.[0026] In addition, there is proposed a laser processing system with an addressable matrix, having: at least three laser systems of the previously described type, each of the mentioned at least three laser systems is configured to input each of the aligned laser beams into one optical fiber ; as a result of which each of the mentioned at least three aligned laser beams is able to pass through the associated optical fiber; said at least three optical fibers in optical communication with the laser head; and control system; the control system has a program having a predetermined sequence of delivery of each of the aligned laser beams to a predetermined location on the target material.
[0027] Более того, предложены способы и системы для адресуемой матрицы, имеющей один или более из следующих признаков: причем заданная последовательность для доставки имеет отдельное включение и выключение лазерных пучков из лазерной головки, вследствие чего происходит отображение на слой порошка для плавления и вплавления целевого материала, имеющего порошок, в деталь; причем волокна в лазерной головке сконфигурированы в структуру, выбранную из группы, состоящей из линейной, нелинейной, круговой ромбовидной, квадратной, треугольной и гексагональной; причем волокна в лазерной головке сконфигурированы в структуру, выбранную из группы, состоящей из 2×5, 5×2, 4×5, по меньшей мере 5 на 5, 10×5, 5×10 и 3×4; причем целевой материал имеет слой порошка; и имеющей систему перемещения по x-y, способную транспортировать лазерную головку вдоль слоя порошка, благодаря чему осуществляются плавление и сплавление слоя порошка; и систему подачи порошка, расположенную позади лазерного источника, для обеспечения слоя свежего порошка позади сплавленного слоя; имеющей систему перемещения по z, способную транспортировать лазерную головку с уменьшением и увеличением высоты лазерной головки над поверхностью слоя порошка; имеющей двунаправленное устройство размещения порошка, способное помещать порошок непосредственно позади доставляемого лазерного пучка, когда оно перемещается в положительном направлении x или отрицательном направлении x; имеющей систему подачи порошка, которая расположена коаксиально со множеством траекторий лазерных пучков; имеющей систему подачи порошка самотеком; имеющей систему подачи порошка, в которой порошок увлекается потоком инертного газа; имеющей систему подачи порошка, которая расположена поперек N лазерных пучков, где N≥1, и порошок помещается самотеком впереди лазерных пучков; и имеющей систему подачи порошка, которая расположена поперек N лазерных пучков, где N≥1, и порошок увлекается потоком инертного газа, который пересекает лазерные пучки.[0027] Moreover, there are proposed methods and systems for an addressable matrix having one or more of the following features: wherein the predetermined delivery sequence has separate switching on and off of laser beams from the laser head, as a result of which there is a mapping to a layer of powder for melting and fusing the target a material having a powder into a part; moreover, the fibers in the laser head are configured in a structure selected from the group consisting of linear, non-linear, circular diamond-shaped, square, triangular and hexagonal; moreover, the fibers in the laser head are configured in a structure selected from the group consisting of 2 × 5, 5 × 2, 4 × 5, at least 5 by 5, 10 × 5, 5 × 10 and 3 × 4; moreover, the target material has a layer of powder; and having an x-y displacement system capable of transporting the laser head along the powder layer, thereby melting and fusing the powder layer; and a powder supply system located behind the laser source to provide a layer of fresh powder behind the fused layer; having a system for moving along z, capable of transporting the laser head with a decrease and increase in the height of the laser head above the surface of the powder layer; having a bi-directional powder placement device capable of placing the powder directly behind the delivered laser beam as it moves in the positive x direction or negative x direction; having a powder supply system that is coaxial with a plurality of laser beam paths; having a gravity-fed powder supply system; having a powder supply system in which the powder is entrained by the flow of an inert gas; having a powder supply system that is located across the N laser beams, where N ≥ 1, and the powder is placed by gravity in front of the laser beams; and having a powder supply system that is located across the N laser beams, where N> 1, and the powder is entrained by the flow of an inert gas that crosses the laser beams.
[0028] Кроме того, предложен способ обеспечения совмещенного синего лазерного пучка, имеющего высокую яркость, при этом способ содержит: функционирование множества лазеров с рамановским преобразованием для создания множества отдельных синих лазерных пучков и совмещение отдельных синих лазерных пучков для создания источника с более высокой мощностью при сохранении пространственной яркости исходного источника; при этом отдельные лазерные пучки из упомянутого множества имеют различные длины волн.[0028] In addition, there is provided a method of providing a aligned blue laser beam having high brightness, the method comprising: operating a plurality of Raman lasers to create a plurality of individual blue laser beams and aligning the individual blue laser beams to create a source with a higher power at maintaining the spatial brightness of the original source; wherein the individual laser beams from said plurality have different wavelengths.
[0029] Более того, предложен способ лазерной обработки целевого материала, содержащий функционирование лазерной системы обработки с адресуемой матрицей, имеющей по меньшей мере три лазерные системы типа ранее описанных систем для генерации трех отдельных совмещенных лазерных пучков в три отдельных оптических волокна; прохождение каждого совмещенного лазерного пучка по его оптическому волокну к лазерной головке; и направление в заданной последовательности трех отдельных совмещенных лазерных пучков от лазерной головки на заданное местоположение на целевом материале.[0029] Moreover, there is provided a method for laser processing a target material, comprising operating an addressable matrix laser processing system having at least three laser systems of the type previously described for generating three separate aligned laser beams into three separate optical fibers; passing each aligned laser beam along its optical fiber to the laser head; and directing, in a predetermined sequence, three separate aligned laser beams from the laser head to a predetermined location on the target material.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
На чертежах:In the drawings:
[0030] фиг. 1 представляет собой график, показывающий характеристики лазеров согласно вариантам осуществления настоящим изобретениям;[0030] FIG. 1 is a graph showing characteristics of lasers according to embodiments of the present invention;
[0031] фиг. 2А представляет собой схематичный вид лазерного диода и осевой фокусирующей линзы согласно настоящим изобретениям;[0031] FIG. 2A is a schematic view of a laser diode and an axial focusing lens according to the present inventions;
[0032] фиг. 2В представляет схематичный вид варианта осуществления пятна лазерного диода после фокусировки по быстрой и медленной осям согласно настоящим изобретениям;[0032] FIG. 2B is a schematic view of an embodiment of a laser diode spot after focusing along the fast and slow axes according to the present inventions;
[0033] фиг. 2С представляет собой перспективный вид варианта осуществления модуля лазерных диодов согласно настоящим изобретениям;[0033] FIG. 2C is a perspective view of an embodiment of a laser diode module according to the present inventions;
[0034] фиг. 2D представляет собой перспективный вид варианта осуществления модуля лазерных диодов согласно настоящим изобретениям;[0034] FIG. 2D is a perspective view of an embodiment of a laser diode module according to the present inventions;
[0035] фиг. 2Е представляет собой частичное изображение варианта осуществления с фиг. 2С показывающего лазерные пучки, траектории лазерных пучков и пространство между лазерными пучками согласно настоящим изобретениям;[0035] FIG. 2E is a partial view of the embodiment of FIG. 2C showing laser beams, laser beam paths, and the space between laser beams according to the present inventions;
[0036] фиг. 2F представляет собой поперечное сечение лазерных пучков, траекторий лазерных пучков и пространства между лазерными пучками с фиг. 2Е;[0036] FIG. 2F is a cross-sectional view of the laser beams, the paths of the laser beams and the space between the laser beams of FIG. 2E;
[0037] фиг. 2G представляет собой перспективный вид варианта осуществления лазерных пучков, траекторий пучков и оптики согласно настоящим изобретениям;[0037] FIG. 2G is a perspective view of an embodiment of laser beams, beam paths and optics according to the present inventions;
[0038] фиг. 2Н представляет собой вид совмещенных пучков от лазерных диодов после структурированных зеркал согласно настоящему изобретению;[0038] FIG. 2H is a view of aligned laser diode beams after structured mirrors according to the present invention;
[0039] фиг. 2I представляет вид пучков от лазерных диодов после устройства складывания пучков при использовании равномерного расщепления пучков согласно настоящему изобретению;[0039] FIG. 2I is a view of the laser diode beams after the folding device using uniform beam splitting according to the present invention;
[0040] фиг. 2J представляет вид пучков от лазерных диодов после устройства складывания пучков при использовании расщепления между двумя из трех столбцов согласно настоящему изобретению;[0040] FIG. 2J is a view of laser diode beams after a folding device using splitting between two of the three columns according to the present invention;
[0041] фиг. 3 представляет собой схематичную иллюстрацию сканирования по варианту осуществления матрицы лазерных диодов по исходному или целевому материалу согласно настоящим изобретениям;[0041] FIG. 3 is a schematic illustration of a scanning of an embodiment of an array of laser diodes on a source or target material according to the present inventions;
[0042] фиг. 4 представляет собой таблицу с параметрами обработки согласно настоящим изобретениям;[0042] FIG. 4 is a table with processing parameters according to the present invention;
[0043] фиг. 5 представляет собой схематичную иллюстрацию варианта осуществления системы лазерной матрицы и процесса согласно настоящим изобретениям;[0043] FIG. 5 is a schematic illustration of an embodiment of a laser array system and process according to the present inventions;
[0044] фиг. 6 представляет собой схематичную иллюстрацию варианта осуществления системы лазерной матрицы и процесса согласно настоящим изобретениям;[0044] FIG. 6 is a schematic illustration of an embodiment of a laser array system and process in accordance with the present inventions;
[0045] фиг. 7 представляет собой схематичную иллюстрацию варианта осуществления системы лазерной матрицы и процесса согласно настоящим изобретениям;[0045] FIG. 7 is a schematic illustration of an embodiment of a laser array system and process in accordance with the present inventions;
[0046] фиг. 8 представляет собой схематичный вид варианта осуществления структуры жгута лазерных волокон, предназначенного для использования в варианта осуществления системы лазерной матрицы согласно варианту настоящим изобретениям;[0046] FIG. 8 is a schematic view of an embodiment of a laser fiber bundle structure for use in an embodiment of a laser array system according to an embodiment of the present inventions;
[0047] фиг. 9 представляет собой схематичный вид варианта осуществления структуры жгута лазерных волокон, предназначенного для использования в варианте осуществления системы лазерной матрицы согласно настоящим изобретениям;[0047] FIG. 9 is a schematic view of an embodiment of a laser fiber bundle structure for use in an embodiment of a laser array system according to the present inventions;
[0048] фиг. 10 представляет схематичный вид варианта осуществления структуры жгута лазерных волокон, предназначенного для использования в варианте осуществления системы лазерной матрицы согласно настоящим изобретениям;[0048] FIG. 10 is a schematic view of an embodiment of a laser fiber bundle structure for use in an embodiment of a laser array system according to the present inventions;
[0049] фиг. 11 представляет собой схематичный вид варианта осуществления структуры жгута лазерных волокон, предназначенного для использования в варианте осуществления системы лазерной матрицы согласно настоящим изобретениям;[0049] FIG. 11 is a schematic view of an embodiment of a laser fiber bundle structure for use in an embodiment of a laser array system according to the present inventions;
[0050] фиг. 12 представляет собой схематичный вид варианта осуществления структуры жгута лазерных волокон, предназначенного для использования в варианте осуществления системы лазерной матрицы согласно настоящим изобретениям;[0050] FIG. 12 is a schematic view of an embodiment of a laser fiber bundle structure for use in an embodiment of a laser array system according to the present inventions;
[0051] фиг. 13 представляет собой схематичный вид варианта осуществления структуры жгута лазерных волокон, предназначенного для использования в варианте осуществления системы лазерной матрицы согласно настоящим изобретениям;[0051] FIG. 13 is a schematic view of an embodiment of a laser fiber bundle structure for use in an embodiment of a laser array system according to the present inventions;
[0052] фиг. 14А представляет собой схематичный вид варианта осуществления структуры жгута лазерных волокон, предназначенного для использования в варианте осуществления системы лазерной матрицы согласно настоящим изобретениям;[0052] FIG. 14A is a schematic view of an embodiment of a laser fiber bundle structure for use in an embodiment of a laser array system according to the present inventions;
[0053] фиг. 14В представляет собой схематичный вид варианта осуществления структуры жгута лазерных волокон, предназначенного для использования в варианте осуществления системы лазерной матрицы согласно настоящим изобретениям;[0053] FIG. 14B is a schematic view of an embodiment of a laser fiber bundle structure for use in an embodiment of a laser array system according to the present inventions;
[0054] фиг. 14С представляет собой схематичный вид варианта осуществления структуры жгута лазерных волокон, предназначенного для использования в варианте осуществления системы лазерной матрицы согласно настоящим изобретениям;[0054] FIG. 14C is a schematic view of an embodiment of a laser fiber bundle structure for use in an embodiment of a laser array system according to the present inventions;
[0055] фиг. 15А представляет собой схематичный вид варианта осуществления структуры жгута лазерных волокон, предназначенного для использования в варианте осуществления системы лазерной матрицы согласно настоящим изобретениям;[0055] FIG. 15A is a schematic view of an embodiment of a laser fiber bundle structure for use in an embodiment of a laser array system according to the present inventions;
[0056] фиг. 15В представляет собой схематичный вид варианта осуществления структуры жгута лазерных волокон, предназначенного для использования в варианте осуществления системы лазерной матрицы согласно настоящим изобретениям;[0056] FIG. 15B is a schematic view of an embodiment of a laser fiber bundle structure for use in an embodiment of a laser array system according to the present inventions;
[0057] фиг. 16А представляет собой схематичный вид варианта осуществления структуры жгута лазерных волокон, предназначенного для использования в варианте осуществления системы лазерной матрицы согласно настоящим изобретениям;[0057] FIG. 16A is a schematic view of an embodiment of a laser fiber bundle structure for use in an embodiment of a laser array system according to the present inventions;
[0058] фиг. 16В представляет собой схематичный вид варианта осуществления структуры жгута лазерных волокон, предназначенного для использования в варианте осуществления системы лазерной матрицы согласно настоящим изобретениям;[0058] FIG. 16B is a schematic view of an embodiment of a laser fiber bundle structure for use in an embodiment of a laser array system according to the present inventions;
[0059] фиг. 16С представляет схематичный вид варианта осуществления структуры жгута лазерных волокон, предназначенного для использования в варианте осуществления системы лазерной матрицы согласно настоящим изобретениям; и[0059] FIG. 16C is a schematic view of an embodiment of a laser fiber bundle structure for use in an embodiment of a laser array system according to the present inventions; and
[0060] фиг. 16D представляет собой схематичный вид варианта осуществления структуры жгута лазерных волокон, предназначенного для использования в варианте осуществления системы лазерной матрицы согласно настоящим изобретениям.[0060] FIG. 16D is a schematic view of an embodiment of a laser fiber bundle structure for use in an embodiment of a laser array system according to the present inventions.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDESCRIPTION OF THE PREFERRED IMPLEMENTATION
[0061] В общем, настоящие изобретения относятся к совмещению лазерных пучков, системам для выполнения таких совмещений и процессам с использованием совмещенных пучков. В частности, настоящее изобретение относится к матрицам, модулям и устройствам для совмещения лазерных пучков от нескольких источников лазерных пучков в один или более совмещенных лазерных пучков. Предпочтительно, чтобы в этих совмещенных лазерных пучках имелись как сохраненные, так и улучшенные различные аспекты и свойства лазерных пучков от отдельных источников.[0061] In general, the present inventions relate to alignment of laser beams, systems for performing such alignments, and processes using aligned beams. In particular, the present invention relates to arrays, modules, and devices for aligning laser beams from multiple laser beam sources into one or more aligned laser beams. It is preferred that these aligned laser beams have both retained and improved various aspects and properties of the laser beams from separate sources.
[0062] Варианты осуществления представленных матричных модулей и совмещенные лазерные пучки, которые они обеспечивают, могут найти широкое применение. Варианты осуществления представленных матричных модулей являются компактными и надежными. Представленные матричные модули могут применяться при сварке, аддитивном производстве, в том числе при трехмерной печати; аддитивном изготовлении - фрезерных системах, например, при аддитивном и субтрактивном производстве; в астрономии; метеорологии; визуализации; проецировании, включая индустрию развлечений; и медицину, включая стоматологию, и это только некоторые примеры.[0062] Embodiments of the presented array modules and the aligned laser beams they provide can be widely used. The embodiments of the presented matrix modules are compact and robust. The presented matrix modules can be used in welding, additive manufacturing, including three-dimensional printing; additive manufacturing - milling systems, for example, in additive and subtractive manufacturing; in astronomy; meteorology; visualization; projection, including the entertainment industry; and medicine, including dentistry, to name just a few examples.
[0063] Хотя это описание сосредоточено на матрицах лазерных диодов синего свечения, следует понимать, что этот вариант осуществления является только иллюстрирующим виды матричных модулей, систем, процессов и совмещенных лазерных пучков, рассматриваемых в настоящих изобретениях. Таким образом, варианты осуществления настоящих изобретений включают в себя матричные модули для совмещения лазерных пучков от различных источников лазерных пучков, таких как твердотельные лазеры, волоконные лазеры, полупроводниковые лазеры, а также лазеры других видов и сочетания и их варианты. Варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя совмещение лазерных пучков при всех длинах волн, например лазерных пучков, имеющих длины волн от примерно 380 нм до 800 нм (например, видимого излучения), от примерно 400 нм до примерно 880 нм, от примерно 100 нм до примерно 400 нм, от 700 нм до 1 мм и сочетаний, варианты конкретных длин волн в этих различных диапазонах. Кроме того, представленные матрицы согласно вариантам осуществления могут найти применение при микроволновом когерентном излучении (например, при длине волны больше чем примерно 1 мм). Варианты осуществления представленных матриц могут совмещать пучки от одного, двух, трех, десятков или сотен лазерных источников. Эти лазерные пучки могут иметь мощность от нескольких милливатт до ватт, до киловатт.[0063] While this description is focused on blue laser diode arrays, it should be understood that this embodiment is only illustrative of the views of array modules, systems, processes, and aligned laser beams contemplated in the present inventions. Thus, embodiments of the present inventions include array modules for aligning laser beams from various laser beam sources such as solid state lasers, fiber lasers, semiconductor lasers, and other types and combinations of lasers and variations thereof. Embodiments of the present invention include aligning laser beams at all wavelengths, e.g., laser beams having wavelengths from about 380 nm to 800 nm (e.g., visible radiation), from about 400 nm to about 880 nm, from about 100 nm to approximately 400 nm, 700 nm to 1 mm, and combinations, options for specific wavelengths in these different ranges. In addition, the provided arrays according to the embodiments may find use in microwave coherent radiation (eg, at a wavelength greater than about 1 mm). Embodiments of the presented matrices can combine beams from one, two, three, tens or hundreds of laser sources. These laser beams can range in power from a few milliwatts to watts to kilowatts.
[0064] Вариант осуществления настоящего изобретения включает матрицу лазерных диодов синего свечения, которые объединены в конфигурацию для создания, предпочтительно, лазерного источника с высокой яркостью. Этот лазерный источник с высокой яркостью может использоваться для непосредственной обработки материалов, то есть маркировки, резания, сварки, высокотемпературной пайки, термической обработки, отжига. Обрабатываемые материалы, например исходные материалы или целевые материалы, могут включать в себя любой материал или компонент или композицию и, например, могут включать в себя полупроводниковые компоненты, такие как, но без ограничения, ТПТ (тонкопленочные транзисторы), исходные материалы для трехмерной печати, металлы, включая золото, серебро, платину, алюминий и медь, пластики, ткань и полупроводниковые пластины, и это только некоторые примеры. Непосредственная обработка может включать в себя, например, абляцию золота из электронных компонентов, кроме того, проекционные дисплеи и лазерные световые представления, и это только некоторые примеры.[0064] An embodiment of the present invention includes an array of blue laser diodes that are combined in a configuration to create, preferably, a high brightness laser source. This laser source with high brightness can be used for direct material processing, i.e. marking, cutting, welding, high temperature brazing, heat treatment, annealing. The materials to be processed, for example, starting materials or target materials, can include any material or component or composition and, for example, can include semiconductor components such as, but not limited to, TFT (Thin Film Transistors), 3D printing starting materials, metals including gold, silver, platinum, aluminum and copper, plastics, fabric and wafers, to name just a few. Direct processing can include, for example, the ablation of gold from electronic components, projection displays and laser light representations, to name just a few.
[0065] Кроме того, варианты осуществления представленных лазерных источников с высокой яркостью можно использовать для накачки рамановского лазера и антистоксового лазера. Рамановской средой может быть волоконная оптика или кристалл, такой как алмаз, KGW (калиево-гадолиниевый вольфрамат), KGd(WO4)2), YVO4 и Ba(NO3)2. В варианте осуществления лазерные источники с высокой яркостью представляют собой источники на основе лазерных диодов синего свечения, которые являются полупроводниковыми приборами, работающими в диапазоне длин волн от 400 нм до 500 нм. Рамановская среда представляет собой преобразователь яркости и способна повышать яркость источников на основе лазерных диодов синего свечения. Повышение яркости можно распространить целиком и полностью на создание одномодового, дифракционно-ограниченного источника, то есть, с пучком, имеющим М2 от примерно 1 до 1,5, при произведениях параметров пучка ниже 1, ниже 0,7, ниже 0,5, ниже 0,2 и чем 0,13 мм⋅мрад, в зависимости от длины волны.[0065] In addition, embodiments of the disclosed high brightness laser sources can be used to pump a Raman laser and an anti-Stokes laser. The Raman medium can be fiber optics or a crystal such as diamond, KGW (potassium gadolinium tungstate), KGd (WO 4 ) 2 ), YVO 4, and Ba (NO 3 ) 2 . In an embodiment, the high brightness laser sources are blue laser diode sources, which are semiconductor devices operating in the 400 nm to 500 nm wavelength range. The Raman medium is a brightness converter and is capable of increasing the brightness of sources based on blue laser diodes. The increase in brightness can be fully extended to create a single-mode, diffraction-limited source, that is, with a beam having M 2 from about 1 to 1.5, with the products of the beam parameters below 1, below 0.7, below 0.5, lower than 0.2 and than 0.13 mm⋅mrad, depending on the wavelength.
[0066] В варианте осуществления ʺnʺ или ʺNʺ (например, два, три, четыре и т.д., десятки, сотни или больше) источников на основе лазерных диодов могут быть сконфигурированы в пучок оптических волокон, что позволит иметь источник адресуемого излучения, который можно использовать для маркировки, плавления, сварки, абляции, отжига, термической обработки, резания материалов или выполнения сочетаний и вариантов этих операций, и это только некоторые примеры лазерных операций и процедур.[0066] In an embodiment "n" or "N" (eg, two, three, four, etc., tens, hundreds, or more) laser diode sources can be configured into an optical fiber bundle to provide an addressable radiation source that can be used for marking, melting, welding, ablation, annealing, heat treatment, material cutting, or combinations and variations of these operations, just to name a few examples of laser operations and procedures.
[0067] Матрицу лазерных диодов синего свечения можно объединять с оптическим модулем, чтобы создавать систему прямых диодных лазеров с повышенной яркостью, которая может обеспечивать совмещенный лазерный пучок с высокой яркостью. На фиг. 1 показан график 100, показывающий характеристики лазера (произведение параметров пучка в зависимости от мощности лазера в ваттах (Вт)) согласно варианту осуществления, диапазон произведений параметров пучка для случая, когда используется технология волоконного объединителя, в пределах от 8 мм⋅мрад при 200 Вт до 45 мм⋅мрад при 4000 Вт. Линия 101 отображает характеристику варианта осуществления матрицы лазерных диодов. Линия 102 отображает характеристику матриц со совмещенными пучками и уплотнением по длинам волн. Линия 103 отражает характеристику в соответствии с технологией преобразования яркости при масштабированном использовании технологии волоконного объединителя. Линия 104 отражает характеристику в соответствии с технологией преобразования яркости при использовании совмещения с уплотнением по длинам волн выходных излучений преобразователя яркости. Это позволяет иметь одиночную пространственную моду или почти одиночную пространственную моду совмещенного пучка при масштабировании уровня мощности. При совмещении с уплотнением по длинам волн используют дифракционные решетки для регулирования длины волны каждого отдельного лазера с преобразованной яркостью, при этом дифракционные решетки осуществляют совмещение пучков в один пучок. Дифракционные решетки могут быть штриховыми решетками, голографическими решетками, волоконными брэгговскими решетками (ВБР) или объемными брэгговскими решетками (ОБР). Кроме того, можно использовать призмы, хотя в предпочтительном варианте осуществления используются дифракционные решетки.[0067] An array of blue laser diodes can be combined with an optical module to create a high brightness direct diode laser system that can provide a aligned high brightness laser beam. FIG. 1 is a graph 100 showing the characteristics of a laser (product of beam parameters versus laser power in watts (W)) according to an embodiment, range of products of beam parameters for the case where fiber combiner technology is used, ranging from 8 mm 200mrad at 200 W up to 45 mm⋅mrad at 4000 W. Line 101 depicts a characteristic of an embodiment of a laser diode array. Line 102 depicts the response of the aligned beam wavelength division multiplexed matrices. Line 103 reflects the performance in accordance with the luminance conversion technology with the scaled use of the fiber combiner technology. Line 104 reflects the response in accordance with the luminance conversion technology using wavelength division multiplexing of the dimmer output. This allows a single spatial mode or nearly a single spatial mode of the aligned beam to have a single spatial mode when scaling the power level. When combined with wavelength densification, diffraction gratings are used to control the wavelength of each individual laser with a converted brightness, while the diffraction gratings combine the beams into one beam. Diffraction gratings can be dashed gratings, holographic gratings, fiber Bragg gratings (FBGs), or bulk Bragg gratings (BBGs). In addition, prisms can be used, although diffraction gratings are used in the preferred embodiment.
[0068] На фиг. 2А схематично показан лазерный диод 200, от которого лазерный пучок распространяется по траектории лазерного пучка к коллимирующей по быстрой оси (КБО) линзе 201. Цилиндрическая асферическая линза размером 1,1; 1,2; 1,5; 2 или даже 4 мм используется для захвата энергии по быстрой оси и образования дифракционно-ограниченного пучка по быстрой оси с точной высотой для сохранения яркости и обеспечения возможности дальнейшего совмещения пучков вниз по оптической цепочке. Коллимирующая линза 202 предназначена для коллимирования по медленной оси лазерного диода (оси с меньшим углом расходимости, обычно по оси x). Цилиндрическая асферическая линза с фокусным расстоянием 15, 16, 17, 18 или 21 мм захватывает энергию по медленной оси и осуществляет коллимирование по медленной оси для сохранения яркости лазерного источника. Выбранное фокусное расстояние коллиматора по медленной оси приводит к оптимизированному совмещению оптической системой лазерных элементарных пучков в волокно заданного диаметра. В предпочтительных вариантах осуществления матриц как коллимирующая по медленной оси линза, так и коллимирующая по быстрой оси линза расположены вдоль каждой из траекторий лазерных пучков и используются для придания формы отдельным лазерным пучкам.[0068] FIG. 2A schematically shows a laser diode 200 from which the laser beam propagates along the path of the laser beam to a fast axis collimating lens 201. Cylindrical aspherical lens of size 1.1; 1.2; 1.5; 2mm or even 4mm is used to capture energy along the fast axis and form a diffraction limited beam along the fast axis with precise height to maintain brightness and allow further alignment of the beams down the optical chain. The collimating lens 202 is designed to collimate along the slow axis of the laser diode (the axis with a smaller divergence angle, typically the x-axis). A cylindrical aspherical lens with a focal length of 15, 16, 17, 18 or 21 mm captures energy along the slow axis and collimates along the slow axis to maintain the brightness of the laser source. The chosen focal length of the collimator along the slow axis leads to an optimized alignment of the laser elementary beams by the optical system into a fiber of a given diameter. In preferred embodiments of the arrays, both the slow axis collimating lens and the fast axis collimating lens are located along each of the laser beam paths and are used to shape the individual laser beams.
[0069] На фиг. 2В схематично показано пятно 203 лазерного пучка, образованное лазерным пучком от лазерного диода, прошедшим как через фокусирующую по быстрой оси линзу, так и через фокусирующую по медленной оси линзу. При этом моделировании принималась во внимание максимальная расходимость источника по всей апертуре источника. Понятно, что можно создать пятна лазерного пучка многих различных форм, таких как квадратная, прямоугольная, круговая, овальная, линейная, и в виде сочетаний и вариантов этих и других форм. Например, при использовании излучения лазера синего свечения совмещенный лазерный пучок образует пятно 203, фокусируемое в пятно размером 100 мкм линзой с фокусным расстоянием 100 мм при числовой апертуре 0,18.[0069] FIG. 2B schematically shows a laser beam spot 203 formed by a laser beam from a laser diode passing through both a fast axis focusing lens and a slow axis focusing lens. This simulation took into account the maximum divergence of the source over the entire source aperture. It is understood that many different shapes of laser beam spots can be created, such as square, rectangular, circular, oval, linear, and combinations and variations of these and other shapes. For example, when using blue laser light, the aligned laser beam forms a spot 203, which is focused into a 100 μm spot by a lens with a focal length of 100 mm at a numerical aperture of 0.18.
[0070] Обратимся к фиг. 2С и 2D, на которых показан вариант осуществления подмодуля 210 лазерных диодов (например, модуль диодов, стержень, пластина, многокристальный блок) и модуля 220 лазерных диодов, имеющего четыре модуля 210, 210а, 210b, 210c лазерных диодов.[0070] Referring to FIG. 2C and 2D, an embodiment of a laser diode sub-module 210 (eg, diode module, rod, plate, multichip unit) and a laser diode module 220 having four laser diode modules 210, 210a, 210b, 210c are shown.
[0071]На фиг. 2Е представлен детализированный вид, показывающий участки некоторых лазерных пучков 250а, 251а, 252а по соответствующим траекториям 250, 251, 251 лазерных пучков. На фиг. 2F представлено поперечное сечение лазерных пучков с фиг. 2Е с показом горизонтального 260 и вертикального 261 открытого пространства (исходя из ориентации чертежа). Совмещающая пучки оптика сближает пучки пространственно друг к другу для исключения открытых пространств, например 260, 261, в конечном пятне 203 (фиг. 2В).[0071] FIG. 2E is a detailed view showing portions of some of the laser beams 250a, 251a, 252a along corresponding laser beam paths 250, 251, 251. FIG. 2F is a cross-sectional view of the laser beams of FIG. 2E showing horizontal 260 and vertical 261 open space (based on the orientation of the drawing). Beam alignment optics bring the beams spatially closer to each other to eliminate open spaces, such as 260, 261, in the final spot 203 (FIG. 2B).
[0072] Модуль 220 лазерных диодов способен выдавать совмещенный лазерный пучок, предпочтительно совмещенный синий лазерный пучок, имеющий характеристику, показанную кривой 101 на фиг. 1. Модуль 210 лазерных диодов имеет базовую пластину 211, которая представляет собой теплопроводящий материал, например медь, которая имеет силовые выводы (например, провода), например 212, входящие для снабжения электрической энергией диодов, например 213. В этом варианте осуществления в многокристальном блоке имеются 20 лазерных диодов, например 213, расположенных в конфигурации 5×4 позади крышки. Предполагаются другие конфигурации, например 4×4, 4×6, 5×6, 10×20, 30×5 и разрабатываемые в настоящее время, и т.д., и сочетания и варианты их для размещения n×n диодов в модуле. Каждый диод может иметь плоскопараллельную пластинку, например 214, для перемещения положения пучка по медленной оси при использовании одной коллимирующей по медленной оси (КМО) линзы для всех многочисленных рядов, например 216. Плоскопараллельная пластинка не является необходимой при использовании отдельных линз по медленной оси для каждого лазерного диода, что соответствует предпочтительному варианту осуществления. Плоскопараллельные пластинки исправляют положение траектории лазерного пучка по медленной оси, когда он распространяется от каждого из отдельных лазерных диодов, которая может быть результатом сборочного процесса. Плоскопараллельные пластинки не требуются, если отдельные коллимирующие по быстрой оси/коллимирующие по медленной оси пары линз используются для каждого лазерного диода. Положением коллимирующей по медленной оси линзы компенсируются любые ошибки при компоновке в блок. Результатом обоих этих подходов к решению является выставление элементарных пучков, так что они становятся параллельными либо при использовании отдельных пар коллимирующих по быстрой оси/коллимирующих по медленной оси линз, либо при общем использовании коллимирующей по медленной оси линзы после отдельных коллимирующих по быстрой оси линз/плоскопараллельных пластинок, образующих параллельные и разнесенные лазерные пучки, например 251а, 252а, 250а, и траектории пучков, например 251, 252, 250.[0072] The laser diode module 220 is capable of delivering an aligned laser beam, preferably a aligned blue laser beam, having the characteristic shown by curve 101 in FIG. 1. The laser diode module 210 has a base plate 211 that is a thermally conductive material, such as copper, that has power leads (such as wires), such as 212, that enter to supply electrical power to the diodes, such as 213. In this embodiment, in a multichip unit there are 20 laser diodes, for example 213, located in a 5x4 configuration behind the cover. Other configurations are contemplated, for example 4x4, 4x6, 5x6, 10x20, 30x5 and currently being developed, etc., and combinations and variations thereof for placing nxn diodes in a module. Each diode may have a plane parallel plate, such as 214, to move the beam position along the slow axis when using one slow axis collimating lens for all multiple rows, for example 216. A plane parallel plate is not necessary when using separate slow axis lenses for each laser diode, which corresponds to the preferred embodiment. Plane-parallel plates correct the slow axis position of the laser beam as it propagates from each of the individual laser diodes, which may be the result of the assembly process. Plane plates are not required if separate fast axis collimating / slow axis collimating lens pairs are used for each laser diode. The position of the slow-axis collimating lens compensates for any errors in block layout. The result of both of these solution approaches is to align the elementary beams so that they become parallel either by using separate pairs of fast axis collimating / slow axis collimating lenses, or by using a slow axis collimating lens together after individual fast axis collimating / plane parallel lenses. plates forming parallel and spaced laser beams, for example 251a, 252a, 250a, and beam paths, for example 251, 252, 250.
[0073] Составной пучок от каждого из подмодулей 210, 210а, 210b, 210c лазерных диодов распространяется к структурированному зеркалу, например 225, которое, как показано на фиг. 2G, используется для перенаправления и совмещения пучков от четырех подмодулей лазерных диодов в один пучок. Четыре ряда коллимируемых лазерных диодов чередуются с четырьмя рядами из других трех блоков, создавая составной пучок. На фиг. 2Н показано положение пучков, например 230, от подмодулей 210 лазеров. Апертурная диафрагма 235 вырезает любое нежелательное рассеянное излучение из совмещенных элементарных пучков, и это снижает тепловую нагрузку на входную поверхность волокна. Поляризационный модуль 227 складывания пучка складывает (фиг. 2I) пучок пополам по медленной оси для удвоения яркости составного пучка лазерного диода. Пучок может быть сложен разделением центрального излучателя по центру, что приводит к картине, показанной на фиг. 2I, где пучок 231 является наложением двух элементарных пучков по направлению медленной оси благодаря поляризации, а пучок 232 является расщепленным элементарным пучком, который не перекрывается с какими-либо другими излучателями. При расщеплении пучка между вторым и третьим элементарными пучками (фиг. 2J) модуль складывания пучка является более эффективным и два столбца пучков, например 233, перекрываются, тогда как третий столбец пучков, например 234, просто проходит обычным образом. Телескопический модуль 228 либо расширяет совмещенные лазерные пучки по медленной оси, либо сжимает по быстрой оси, что позволяет использовать линзу меньшего размера. Телескопическое устройство 228, показанное в этом примере (фиг. 2G), расширяет пучок в соответствии с множителем 2,6х, повышая его размер с 11 мм до 28,6 мм, при этом уменьшается расходимость по медленной оси в соответствии с тем же множителем 2,6х. Если телескопический модуль осуществляет сжатие по быстрой оси, то он должен быть телескопическим устройством 2х для уменьшения высоты по быстрой оси (полного составного пучка) с 22 мм до высоты 11 мм, что будет давать составной пучок 11 мм × 11 мм. Вследствие небольших затрат это является предпочтительным вариантом осуществления. Асферическая линза 229 фокусирует составной пучок в оптическое волокно 245, которое имеет диаметр по меньшей мере 50, 100, 150 или 200 мкм. Выходные излучения многочисленных модулей 220 лазерных диодов объединяются волоконным объединителем для создания лазеров с более высоким уровнем выходной мощности, соответствующей фиг. 1 (линия 101). Модули лазерных диодов объединяют при использовании способа оптического объединения, в соответствии с которым асферическую линзу 229 и волоконный объединитель 240 заменяют набором сдвигающих зеркал, которые далее связывают с асферической линзой, и составной пучок вводят в торец оптического волокна. Таким способом можно оптически связывать один, два, три, десятки и сотни модулей лазерных диодов и совмещать их лазерные пучки. Совмещенные таким способом лазерные пучки могут сами в дальнейшем или дополнительно совмещаться с образованием полученного многократным совмещением лазерного пучка.[0073] A composite beam from each of the laser diode sub-modules 210, 210a, 210b, 210c propagates to a structured mirror, such as 225, which, as shown in FIG. 2G, is used to redirect and align beams from four laser diode submodules into one beam. Four rows of collimated laser diodes alternate with four rows from the other three blocks, creating a composite beam. FIG. 2H shows the position of the beams, for example 230, from the laser sub-modules 210. The aperture diaphragm 235 cuts out any unwanted scattered radiation from the aligned elementary beams, and this reduces the thermal load on the fiber entrance surface. The polarizing beam folding unit 227 folds (FIG. 2I) the beam in half along the slow axis to double the brightness of the composite laser diode beam. The beam can be folded by dividing the center radiator at the center, resulting in the pattern shown in FIG. 2I, where beam 231 is a superposition of two elementary beams along the slow axis due to polarization, and beam 232 is a split elementary beam that does not overlap with any other emitters. When splitting the beam between the second and third elementary beams (Fig. 2J), the beam folding module is more efficient and two columns of beams, for example 233, overlap, while the third column of beams, for example 234, simply passes in the usual way. Telescope module 228 either expands the aligned laser beams along the slow axis or compresses them along the fast axis, allowing for a smaller lens. Telescopic device 228, shown in this example (Fig.2G), expands the beam by a factor of 2.6x, increasing its size from 11 mm to 28.6 mm, while reducing the divergence along the slow axis in accordance with the same factor of 2 , 6x. If the telescopic module is compressing along the fast axis, then it should be a 2x telescopic device to reduce the fast axis height (full composite beam) from 22 mm to 11 mm, which will result in a 11 mm × 11 mm composite beam. Due to its low cost, this is the preferred embodiment. An aspherical lens 229 focuses the composite beam into optical fiber 245, which has a diameter of at least 50, 100, 150, or 200 microns. The outputs of the multiple laser diode modules 220 are combined by a fiber combiner to create lasers with a higher power output as shown in FIG. 1 (line 101). The laser diode modules are combined using an optical combining method in which the aspherical lens 229 and the fiber combiner 240 are replaced with a set of shifting mirrors, which are then coupled to the aspherical lens, and the composite beam is injected into the end of the optical fiber. In this way, one, two, three, tens and hundreds of laser diode modules can be optically coupled and their laser beams can be combined. The laser beams aligned in this way can themselves be further or additionally aligned to form a laser beam obtained by multiple alignment.
[0074] В варианте осуществления с фиг. 2С и 2D конфигурация позволяет вводить, например, до 200 Вт мощности лазерного пучка в одно оптическое волокно с сердцевиной 50, 100, 150 или 200 мкм. Согласно этому варианту осуществления на фиг. 2С и 2D показаны типичные компоненты, необходимые для изготовления, например, модуля диодных матриц мощностью 200 Вт, например объединенного модуля мощностью 200 Вт, в котором используются до четырех отдельных диодных модулей мощностью 50 Вт, например модулей мощностью 50 Вт.[0074] In the embodiment of FIG. 2C and 2D configuration allows for example, up to 200 W of laser beam power to be injected into a single optical fiber with a core of 50, 100, 150 or 200 μm. In this embodiment, FIG. 2C and 2D show typical components required to fabricate, for example, a 200 W diode array module, such as a combined 200 W module that uses up to four separate 50 W diode modules, such as 50 W modules.
[0075] Понятно, что конфигурации, мощности и число совмещенных пучков являются возможными. В варианте осуществления с фиг. 2С и 2D минимизированы электрические соединения от источника питания к лазерным диодам.[0075] It is understood that configurations, powers, and number of superposed beams are possible. In the embodiment of FIG. 2C and 2D minimizes electrical connections from the power supply to the laser diodes.
[0076] Таким образом, отдельные модули, объединенные модули и как те, так и другие могут быть выполнены с возможностью образования одного совмещенного лазерного пучка или многочисленных совмещенных лазерных пучков, например двух, трех, четырех, десятков, сотен или большего числа. Каждый из этих лазерных пучков можно вводить в отдельное волокно или их также можно совмещать, чтобы вводить в меньшее число волокон. Таким образом, для иллюстрации, 12 совмещенных лазерных пучков можно вводить в 12 волокон или 12 пучков можно совмещать и вводить в меньше чем 12 волокон, например в 10, 8, 6, 4 или три волокна. Следует понимать, что при этом совмещении могут быть пучки с различной мощностью, чтобы имелась сбалансированность или несбалансированность распределения мощности между отдельными волокнами; и могут быть пучки, имеющие различные или одинаковые длины волн.[0076] Thus, individual modules, combined modules, and both, can be configured to generate one aligned laser beam or multiple aligned laser beams, such as two, three, four, tens, hundreds or more. Each of these laser beams can be injected into a separate fiber, or they can also be aligned to inject into fewer fibers. Thus, for illustration, 12 aligned laser beams can be injected into 12 fibers, or 12 beams can be aligned and injected into less than 12 fibers, such as 10, 8, 6, 4, or three fibers. It should be understood that in this alignment, there may be beams with different powers to maintain a balanced or unbalanced power distribution between the individual fibers; and there may be beams having different or the same wavelength.
[0077] В варианте осуществления яркость матрицы лазерных диодов может быть повышена при работе каждой матрицы на иной длине волны и последующего объединения их при использовании либо дифракционной решетки, либо набора узкополосных дихроичных фильтров. Масштабирование яркости по этой технологии показано на фиг. 1 почти прямой линией 102. Начальная точка соответствует такой же яркости, какая может быть получена при одном модуле, поскольку каждый модуль пространственно линейно перекрывается с предшествующими модулями, диаметр волокна не меняется, а вводимая мощность приводит к более высокой яркости от совмещенных с уплотнением по длинам волн пучков модулей.[0077] In an embodiment, the brightness of the laser diode array may be increased by operating each array at a different wavelength and then combining them using either a grating or a set of narrow band dichroic filters. Luma scaling by this technique is shown in FIG. 1 with an almost straight line 102. The starting point corresponds to the same brightness that can be obtained with a single module, since each module spatially linearly overlaps with the preceding modules, the fiber diameter does not change, and the input power leads to higher brightness from aligned with the compressed length wave beams modules.
[0078] В варианте осуществления выходное излучение матрицы лазерных диодов синего свечения может быть преобразовано в почти одномодовое или одномодовое выходное излучение с помощью преобразователя яркости. Преобразователь яркости может быть оптическим волокном, кристаллом или газом. Процесс преобразования протекает при вынужденном рамановском рассеянии, которое достигается при вводе выходного излучения с матрицы лазерных диодов синего свечения в оптическое волокно, или кристалл, или газ с объемным резонатором. При вынужденном рамановском рассеянии энергия лазерных диодов синего свечения преобразуется в усиление и осцилляции лазерного резонатора на первой линии Стокса-Рамана, которая смещена от длины волны накачки в соответствии со стоксовым сдвигом. Например, вариант осуществления, показанный на фиг. 3, связан с раскрытием в описании заявки №14/787393 на патент США, которая основана на заявке WO2014/179345, все раскрытие которых включено в эту заявку по ссылке. Рабочие характеристики согласно этой технологии с использованием волоконного объединителя для совмещения многочисленных лазерных пучков с высокой яркостью показаны на фиг. 1 линией 103, при этом точка отсчета яркости начинается с 0,3 мм⋅мрад для лазера мощностью 200 Вт и 2 мм⋅мрад для лазера мощностью 4000 Вт.[0078] In an embodiment, the output of the blue laser diode array may be converted to near-single-mode or single-mode output by a dimmer. The brightness converter can be optical fiber, crystal, or gas. The conversion process proceeds with stimulated Raman scattering, which is achieved when the output radiation from a matrix of blue laser diodes is injected into an optical fiber, or a crystal, or a gas with a cavity resonator. In stimulated Raman scattering, the energy of blue laser diodes is converted into amplification and oscillations of the laser cavity on the first Stokes-Raman line, which is shifted from the pump wavelength in accordance with the Stokes shift. For example, the embodiment shown in FIG. 3 is related to the disclosure in the specification of US patent application No. 14/787393, which is based on WO2014 / 179345, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference. The performance of this technology using a fiber combiner to combine multiple high brightness laser beams is shown in FIG. 1 line 103, with the luminance reference point starting at 0.3 mm⋅mrad for a 200W laser and 2mm⋅mrad for a 4000W laser.
[0079] Кроме того, яркость источника на основе лазера синего свечения можно повышать объединением выходных излучений источников с преобразованной яркостью. Для этого варианта осуществления характеристика показана линией 104 на фиг. 1. В данном случае яркость определяется исходным модулем при 0,3 мм⋅мрад. Ширина полосы усиления рамановской линии значительно шире, чем ширина полосы усиления лазерных диодов, поэтому больше лазеров можно объединять по длинам волн, чем только по технологии лазерных диодов. Результат заключается в получении от лазера мощностью 4 кВт такого же произведения параметров пучка, какое имеет лазер мощностью 200 Вт, или 0,3 мм⋅мрад. Это показано на фиг. 1 плоской линией 104.[0079] In addition, the brightness of the blue laser source can be increased by combining the output of the brightness converted sources. For this embodiment, the characteristic is shown by line 104 in FIG. 1. In this case, the brightness is determined by the original module at 0.3 mm⋅mrad. The gain bandwidth of the Raman line is much wider than the gain bandwidth of laser diodes, so more lasers can be coupled at wavelengths than just laser diode technology. The result is to obtain from a 4 kW laser the same product of the beam parameters as a 200 W laser, or 0.3 mm⋅mrad. This is shown in FIG. 1 flat line 104.
[0080] Технология согласно настоящему изобретению, рассмотренная в этом описании, может быть использована для конфигурирования лазерной системы для широкого диапазона применений, начиная со сварки, резания, высокотемпературной пайки, термической обработки, скульптурного фрезерования, придания формы, профилирования, соединения, отжига и абляции, и заканчивая сочетаниями их и различными другими операциями по обработке материалов. Хотя предпочтительные лазерные источники имеют относительно высокую яркость, настоящим изобретением предоставляется возможность конфигурирования систем для удовлетворения требований меньшей яркости. Кроме того, группы этих лазеров могут быть объединены в длинную линию, которая может быть использована для выполнения лазерных работ на больших площадях целевых материалов, таких как, например, отжиг полупроводниковых приборов с большой площадью, таких как тонкопленочные транзисторы плоского панельного дисплея.[0080] The technology of the present invention discussed in this specification can be used to configure a laser system for a wide range of applications ranging from welding, cutting, brazing, heat treatment, sculpting, shaping, profiling, bonding, annealing, and ablation. , and ending with combinations of them and various other operations for processing materials. Although the preferred laser sources have relatively high brightness, the present invention provides the ability to configure systems to meet lower brightness requirements. In addition, these laser groups can be combined into a long line that can be used to perform laser work on large areas of target materials, such as annealing large area semiconductors such as flat panel display thin film transistors.
[0081] Выходных излучений лазерных диодов, матриц лазерных диодов, матриц лазерных диодов, объединенных с уплотнением по длинам волн, и матриц лазерных диодов с преобразованной яркостью можно использовать для создания однозначно индивидуально адресуемых печатных машин. Поскольку мощность лазера из каждого модуля является достаточной для плавки и сплавления пластика, а также металлических порошков, эти источники являются идеальными для применений аддитивного производства, а также применений аддитивно-субтрактивного производства (то есть, предложенная лазерная система аддитивного производства сочетается с традиционными технологиями удаления, такими, какие реализуются на станках с числовым программным управлением или фрезерных станках других видов, а также с технологиями удаления материала лазером или абляцией). Вследствие способности создавать пятна небольших размеров, точности и других факторов, предложенные системы и лазерные конфигурации могут также найти применение в микро- и нано- аддитивных, субтрактивных и аддитивно-субтрактивных технологиях производства. Матрица лазеров, которые соединены отдельно, может быть отображена на поверхность порошка для создания объекта со скоростью, превышающей в n раз скорость при одном сканируемом лазерном источнике. Скорость может быть еще больше повышена при использовании лазера большой мощности для каждого из n пятен. При использовании лазеров с преобразованной яркостью каждое из n пятен может быть получено как ограниченное дифракцией в ближней зоне пятно, поэтому становится возможным создание с высоким разрешением деталей вследствие субмикронного характера отдельного пятна, образуемого источником повышенной яркости на основе лазеров синего свечения. Этим пятном меньшего размера в предложенных конфигурациях и системах обеспечивается значительное повышение скорости обработки и разрешающей способности процесса печатания по сравнению с технологии трехмерного печатания из уровня техники. Согласно вариантам осуществления при сочетании предложенных систем с портативным устройством подачи порошка можно непрерывно печатать слой за слоем при скоростях, превышающих скорости печатания машин для аддитивного производства из уровня техники в соответствии с множителем 100х. Когда позиционирующие устройства перемещаются в положительном или отрицательном направлении непосредственно позади лазерных плавящих пятен, при наличии устройства осаждения порошка (например, устройства 508 осаждения порошка, устройства 508b осаждения порошка на фиг. 5) система может непрерывно печатать без остановки для нанесения или выравнивания порошка, необходимого для следующего слоя.[0081] The output of laser diodes, laser diode arrays, wavelength-division multiplexed laser diode arrays, and brightness converted laser diode arrays can be used to create uniquely individually addressable printing presses. Because the laser power from each module is sufficient to melt and fuse plastic as well as metal powders, these sources are ideal for additive manufacturing applications as well as additive-subtractive manufacturing applications (i.e., the proposed additive manufacturing laser system is combined with traditional removal technologies, such as are implemented on machine tools with numerical control or other types of milling machines, as well as technologies for material removal by laser or ablation). Due to the ability to create small spots, accuracy and other factors, the proposed systems and laser configurations can also find application in micro- and nano-additive, subtractive and additive-subtractive production technologies. An array of lasers, which are individually coupled, can be imaged onto the surface of the powder to create an object at a speed n times the speed of a single scanned laser source. The speed can be further increased by using a high power laser for each of the n spots. With luminance-converted lasers, each of the n spots can be produced as a diffraction-limited near-field spot, so it becomes possible to create high-resolution details due to the sub-micron nature of the individual spot produced by the blue laser-based enhanced brightness source. This smaller spot in the proposed configurations and systems provides a significant increase in the processing speed and resolution of the printing process compared to prior art 3D printing technology. In embodiments, by combining the disclosed systems with a portable powder feeder, it is possible to continuously print layer by layer at speeds exceeding the printing speeds of prior art additive manufacturing machines, in accordance with a multiplier of 100x. When the positioners move in the positive or negative direction directly behind the laser melting spots, with a powder deposition device (e.g., powder deposition device 508, powder deposition device 508b in FIG. 5), the system can continuously print without stopping to apply or align the powder as needed. for the next layer.
[0082] Обратимся к фиг. 3, на которой схематично представлена лазерная обработка лазерной системой, имеющей два ряда расположенных в шахматном порядке пятен, например пятен 303а и 303b. Лазерные пятна, например 303а, 303b, перемещаются, например, сканируются, в направлении стрелки 301 по целевому материалу. Целевой материал может быть в виде порошка 302, который в таком случае расплавляется лазерными пятнами 304 и затем затвердевает, обычно вдоль линии 305 переноса, с образованием плавленого материала 306. Мощность пучка, время обжига пучками, скорость перемещения и сочетания этих параметров могут быть изменены в заданном порядке, приводящем к получению заданной формы линии 305 переноса плавления. В соответствии с требованиями к зажимным приспособлениям, необходимым для удержания волокон и их оптических компонентов, пучки могут располагаться в шахматном порядке на расстоянии друг от друга, составляющем 0; 0,1; 0,5; 1,2 мм. Кроме того, разнос может монотонно возрастать или уменьшаться с заданным или изменяющимся шагом шахматного порядка. Точная предпочтительная скорость зависит от целевого материала и конфигурации изготавливаемых деталей.[0082] Referring to FIG. 3, which is a schematic representation of laser processing by a laser system having two rows of staggered spots, such as spots 303a and 303b. The laser spots, for example 303a, 303b, are moved, for example scanned, in the direction of arrow 301 over the target material. The target material can be in the form of a powder 302, which is then melted by the laser spots 304 and then solidified, usually along the transfer line 305, to form the fused material 306. Beam power, beam firing time, travel speed, and combinations of these parameters can be changed in a predetermined order resulting in a predetermined shape of the melt transfer line 305. The beams can be staggered at a distance of 0 to each other to accommodate the clamping requirements for holding the fibers and their optical components; 0.1; 0.5; 1.2 mm. In addition, the spacing can increase or decrease monotonically with a predetermined or varying staggered pitch. The exact preferred speed depends on the target material and the configuration of the parts to be manufactured.
[0083] На фиг. 4 приведены характеристики, которые могут быть получены для вариантов осуществления лазерных систем, таких, как показанные на фиг. 5-7, точнее, для 20-лучевой системы, в которой скорость повышается с каждым дополнительным пучком, который добавляется к системе.[0083] FIG. 4 illustrates the characteristics that can be obtained for embodiments of laser systems such as those shown in FIG. 5-7, more precisely, for a 20-beam system, in which the speed increases with each additional beam that is added to the system.
[0084] Обратимся к фиг. 5, на которой схематично показан вариант осуществления лазерной системы с конфигурацией адресуемой доставки лазерного излучения. Система имеет систему 501 адресуемых лазерных диодов. Система 501 обеспечивает независимо адресуемые лазерные пучки для множества волокон 502а, 502b, 502c (предполагается большее и меньшее число волокон и лазерных пучков). Волокна 502a, 502b, 502c объединены в волоконный жгут 504, который содержится в защитной трубке 503 или оболочке. Волокна 502a, 502b, 502c в волоконном жгуте 504 сплавлены друг с другом для образования печатающей головки 505, которая включает в себя модуль 506 оптики, который фокусирует и направляет лазерные пучки по траекториям пучков к целевому материалу 507. Печатающая головка и бункер для порошка перемещаются совместно при перемещении печатающей головки в положительном направлении по стрелке 510. Дополнительный материал 509 может быть помещен поверх плавленого материала 507 при каждом проходе печатающей головки или бункера. Печатающая головка является двунаправленной и осуществляет плавление материала в обоих направлениях, когда печатающая головка перемещается, так что бункеры для порошка работают позади печатающей головки, обеспечивающей сплавление отложенного материала на следующем проходе лазерной печатающей головки.[0084] Referring to FIG. 5, which is a schematic diagram of an embodiment of a laser system with an addressable laser delivery configuration. The system has a 501 addressable laser diode system. System 501 provides independently addressable laser beams for multiple fibers 502a, 502b, 502c (more and fewer fibers and laser beams are contemplated). Fibers 502a, 502b, 502c are bundled into a fiber bundle 504 that is contained in a protective tube 503 or sheath. Fibers 502a, 502b, 502c in fiber bundle 504 are fused together to form a printhead 505 that includes an optics module 506 that focuses and directs laser beams along beam paths to target material 507. The printhead and powder hopper move together by moving the printhead in the positive direction of arrow 510. Additional material 509 may be placed on top of the fused material 507 each time the printhead or hopper passes. The printhead is bi-directional and melts material in both directions as the printhead moves so that the powder hoppers work behind the printhead to fuse the deposited material on the next pass of the laser printhead.
[0085] «Адресуемая матрица» означает, что одно или более из мощности, продолжительности разогрева, последовательности разогрева, мощности пучка, формы пятна пучка, а также фокусного расстояния, например, глубины проникновения по направлению z можно независимо изменять, регулировать и задавать или делать то же самое относительно каждого лазерного пучка в каждом волокне для обеспечения точных и заданных картин доставки излучения, при которых можно создавать из целевого материала высокоточные конечные изделия (например, конструктивные материалы). Кроме того, при отдельных пучках и апертурах лазеров, создаваемых этими пучками, адресуемые матрицы согласно вариантам осуществления могут обладать способностью выполнять различные заданные и точные лазерные технологические операции, такие как отжиг, абляция и плавление.[0085] "Addressable array" means that one or more of power, warm-up duration, warm-up sequence, beam power, beam spot shape, and focal length, for example, the depth of penetration in the z direction can be independently changed, adjusted and set or made the same for each laser beam in each fiber to provide precise and targeted radiation delivery patterns that can be used to create high-precision finished products (eg, materials of construction) from the target material. In addition, with separate laser beams and apertures produced by these beams, the addressable arrays according to embodiments may be capable of performing various predetermined and precise laser processing steps such as annealing, ablation, and melting.
[0086] Обратимся к фиг. 6, на которой схематично показан вариант осуществления лазерной системы с конфигурацией адресуемой доставки лазерного излучения. Лазерная система может быть системой на основе матрицы лазерных диодов, системой с преобразованной яркостью или системой на основе волоконного лазера большой мощности. Система имеет систему 601 адресуемого лазерного излучения. Система 601 обеспечивает независимо адресуемые лазерные пучки для множества волокон 602a, 602b, 602c (предполагается большее или меньшее число волокон и лазерных пучков). Волокна 602a, 602b, 602c объединены в волоконный жгут 604, который содержится в защитной трубке 603 или оболочке. Волокна 602a, 602b, 602c в волоконном жгуте 604 сплавлены друг с другом для образования печатающей головки 605, которая включает в себя модуль 606 оптики, который фокусирует и направляет лазерные пучки по траекториям пучков к целевому материалу 607. Целевой материал 607 может отжигаться для образования отожженного материала 609. Направление перемещения лазерной головки показано стрелкой 610.[0086] Referring to FIG. 6, which schematically shows an embodiment of a laser system with an addressable laser delivery configuration. The laser system may be a laser diode array system, a brightness converted system, or a high power fiber laser system. The system has an addressable laser system 601. System 601 provides independently addressable laser beams for multiple fibers 602a, 602b, 602c (more or fewer fibers and laser beams are assumed). Fibers 602a, 602b, 602c are bundled into a fiber bundle 604 that is contained in a protective tube 603 or sheath. Fibers 602a, 602b, 602c in fiber bundle 604 are fused together to form a print head 605 that includes an optics module 606 that focuses and directs laser beams along beam paths to a target material 607. Target material 607 can be annealed to form an annealed material 609. The direction of movement of the laser head is shown by arrow 610.
[0087] Обратимся к фиг. 7, на которой схематично показана лазерная система с конфигурацией адресуемой доставки лазерного излучения согласно варианту осуществления. Система имеет систему 701 адресуемых лазерных диодов. Система 701 обеспечивает независимо адресуемые лазерные пучки для множества волокон 702a, 702b, 702c (предполагается большее или меньшее число волокон и лазерных пучков). Волокна 702a, 702b, 702c объединены в волоконный жгут 704, который содержится в защитной трубке 703 или оболочке. Волокна 702a, 702b, 702c в волоконном пучке 704 сплавлены друг с другом для образования головки 720 распределения порошка печатающей головки. Головка 720 распределения порошка может иметь порошок, подаваемый коаксиально с лазерными пучками или поперек лазерных пучков. Головка 720 распределения порошка обеспечивает слой дополнительного материала 709, который сплавляется с целевым материалом 707 и наплавляется поверх него. Направление перемещения лазерной головки показано стрелкой 710.[0087] Referring to FIG. 7, a schematic diagram of a laser system with an addressable laser delivery configuration according to an embodiment. The system has a 701 addressable laser diode system. System 701 provides independently addressable laser beams for multiple fibers 702a, 702b, 702c (more or fewer fibers and laser beams are assumed). Fibers 702a, 702b, 702c are bundled into a fiber bundle 704, which is contained in a protective tube 703 or jacket. Fibers 702a, 702b, 702c in fiber bundle 704 are fused to each other to form a printhead powder distribution head 720. The powder distribution head 720 may have powder supplied coaxially with the laser beams or across the laser beams. The powder distribution head 720 provides a layer of additional material 709 that fuses with and fuses the target material 707 on top of it. The direction of movement of the laser head is indicated by arrow 710.
[0088] На фиг. 8 показана конфигурация жгута 800 волокон, например 801, которые сплавлены друг с другом и используются в лазерной головке такой системы, как системы, показанные на фиг. 5-7. Конфигурация подводит лазерные пятна, сконфигурированные аналогично структуре волокон. Согласно этому варианту осуществления имеются пять волокон в одном линейном ряду, в линейной конфигурации 1×5. Линейный ряд 1×n волокон находится в конечной лазерной печатающей головке, где n зависит от физической протяженности печатаемого изделия.[0088] FIG. 8 shows the configuration of a bundle 800 of fibers, for example 801, which are fused together and used in a laser head of a system such as those shown in FIG. 5-7. The configuration delivers laser spots configured similar to the fiber structure. In this embodiment, there are five fibers in one linear row, in a 1 x 5 linear configuration. A linear row of 1 × n fibers is in the final laser printhead, where n depends on the physical extent of the printed product.
[0089] На фиг. 9 показана конфигурация жгута 900 волокон, например 901, которые сплавлены друг с другом и используются в лазерной головке такой системы, как системы, показанные на фиг. 5-8. Конфигурация имеет два линейных ряда 902, 903 волокон которые расположены в шахматном порядке и скомпонованы в ромбовидную структуру. Волокна подводят лазерные пятна, сконфигурированные аналогично структуре волокон. Согласно этому варианту осуществления имеются пять рядов с пятью волокнами в каждом линейном ряду, в линейной конфигурации 2×5.[0089] FIG. 9 shows the configuration of a bundle 900 of fibers, for example 901, which are fused together and used in a laser head of a system such as the systems shown in FIG. 5-8. The configuration has two linear rows 902, 903 of fibers that are staggered and arranged in a diamond pattern. The fibers deliver laser spots that are configured similar to the fiber structure. In this embodiment, there are five rows with five fibers in each linear row, in a 2x5 linear configuration.
[0090] На фиг. 10 показана конфигурация жгута 1000 волокон, например 1001, которые сплавлены друг с другом и используются в головке такой системы, как системы, показанные на фиг. 5-8. Конфигурация имеет три линейных ряда 1002, 1003, 1004 волокон, которые расположены в шахматном порядке и скомпонованы в ромбовидную структуру. Волокна подводят лазерные пятна, сконфигурированные аналогично структуре волокон. Согласно этому варианту осуществления имеются три ряда с пятью волокнами в каждом линейном ряду, в линейной конфигурации 3×5.[0090] FIG. 10 shows the configuration of a bundle of 1000 fibers, such as 1001, which are fused together and used in a head system such as the systems shown in FIG. 5-8. The configuration has three linear rows of fibers 1002, 1003, 1004, which are staggered and arranged in a diamond-shaped structure. The fibers deliver laser spots that are configured similar to the fiber structure. In this embodiment, there are three rows with five fibers in each linear row, in a 3 × 5 linear configuration.
[0091] На фиг. 11 показана конфигурация жгута 1100 волокон, например 1101, которые сплавлены друг с другом и используются в головке такой системы, как системы, показанные на фиг. 5-8. Конфигурация имеет три линейных ряда 1102, 1103, 1104 волокон, которые расположены в шахматном порядке и скомпонованы в треугольную структуру. Волокна подводят лазерные пятна, сконфигурированные аналогично структуре волокон. Согласно этому варианту осуществления имеются три ряда с пятью волокнами в каждом линейном ряду, в линейной конфигурации 3×5.[0091] FIG. 11 shows the configuration of a bundle 1100 of fibers, such as 1101, which are fused together and used in a head system such as those shown in FIG. 5-8. The configuration has three linear rows of fibers 1102, 1103, 1104 that are staggered and arranged in a triangular pattern. The fibers deliver laser spots that are configured similar to the fiber structure. In this embodiment, there are three rows with five fibers in each linear row, in a 3 × 5 linear configuration.
[0092] На фиг. 12 показана конфигурация жгута 1200 волокон, например 1201, которые сплавлены друг с другом и используются в головке такой системы, как системы, показанные на фиг. 5-8. Конфигурация имеет четыре линейных ряда 1202, 1203, 1204, 1205 волокон, которые расположены в шахматном порядке и скомпонованы в квадратную структуру. Волокна подводят лазерные пятна, сконфигурированные аналогично структуре волокон. Согласно этому варианту осуществления имеются четыре ряда с четырьмя волокнами в каждом линейном ряду, в линейной конфигурации 4×4.[0092] FIG. 12 illustrates the configuration of a fiber bundle 1200, such as 1201, that is fused together and used in a head system such as the systems shown in FIG. 5-8. The configuration has four linear rows 1202, 1203, 1204, 1205 of fibers that are staggered and arranged in a square structure. The fibers deliver laser spots that are configured similar to the fiber structure. According to this embodiment, there are four rows with four fibers in each linear row, in a 4x4 linear configuration.
[0093] На фиг. 13 показана конфигурация жгута 1300 волокон, например 1301, которые сплавлены друг с другом и используются в головке такой системы, как системы, показанные на фиг. 5-8. Конфигурация имеет пять линейных рядов, например 1302. Волокна не расположены в шахматном порядке, а скомпонованы в прямоугольную структуру. Волокна подводят лазерные пятна, сконфигурированные аналогично структуре волокон. Согласно этому варианту осуществления имеются пять рядов с четырьмя волокнами в каждом линейном ряду, в линейной конфигурации 5×4.[0093] FIG. 13 shows the configuration of a bundle 1300 of fibers, such as 1301, which are fused together and used in a head system such as the systems shown in FIG. 5-8. The configuration has five linear rows, for example 1302. The fibers are not staggered, but arranged in a rectangular pattern. The fibers deliver laser spots that are configured similar to the fiber structure. In this embodiment, there are five rows with four fibers in each linear row, in a 5x4 linear configuration.
[0094] На фиг. 14А показана конфигурация жгута 1401 из пяти (n=5) волокон, например 1401а, скомпонованных в круговую конфигурацию.[0094] FIG. 14A shows a bundle 1401 configuration of five (n = 5) fibers, such as 1401a, arranged in a circular configuration.
[0095] На фиг. 14В показана конфигурация жгута 1402 из девяти (n=9) волокон, например 1402а, скомпонованных в круговую конфигурацию, имеющую волокно 1402b, расположенное в центре круговой конфигурации. Центральное волокно 1402b удерживается на месте с помощью связующего вещества или удерживающего устройства или же за счет сплавления.[0095] FIG. 14B shows a bundle 1402 configuration of nine (n = 9) fibers, such as 1402a, arranged in a circular configuration having fiber 1402b positioned at the center of the circular configuration. The center fiber 1402b is held in place by a binder or retainer, or by fusion.
[0096] На фиг. 14С показана конфигурация жгута 1403 из девятнадцати (n=19) волокон, например 1403а, который имеет внутренний круг 1405 волокон и центральное волокно 1403b.[0096] FIG. 14C shows a nineteen (n = 19) fiber bundle configuration 1403, such as 1403a, which has an inner fiber circle 1405 and a center fiber 1403b.
[097] На фиг. 15А показан жгут 1501 из семи (n=7) волокон, например 1501а, которые имеют гексагональную структуру с треугольным расположением по отношению друг к другу.[097] FIG. 15A shows a bundle 1501 of seven (n = 7) fibers, such as 1501a, which have a hexagonal structure with a triangular arrangement with respect to each other.
[0098] На фиг. 15В показан жгут 1502 из девятнадцати (n=19) волокон, например 1502а, которые имеют гексагональную структуру с треугольным расположением по отношению друг к другу.[0098] FIG. 15B shows a string 1502 of nineteen (n = 19) fibers, such as 1502a, which have a hexagonal structure with a triangular arrangement with respect to each other.
[0099] На фиг. 16А, 16В и 16С показаны конфигурации жгутов волокон, которые расположены в произвольных геометрических конфигурациях. В этих конфигурациях предусмотрены различные уровни плотности волокон. На фиг. 16А представлен жгут 1601 из n=16 волокон, например 1601а, в конфигурации четверти круга. На фиг. 16В представлен жгут 1602 из n=8 волокон, например 1602b, в квадратной конфигурации. На фиг. 16С представлен жгут 1604 из n=6 волокон, Например 1604а, в треугольной конфигурации. На фиг. 16D представлен жгут 1603 из n=9 волокон, например 1603а, в конфигурации полукруга.[0099] FIG. 16A, 16B, and 16C illustrate fiber bundle configurations that are arranged in arbitrary geometric configurations. These configurations provide for different levels of fiber density. FIG. 16A shows an n = 16 fiber bundle 1601, such as 1601a, in a quarter circle configuration. FIG. 16B shows a n = 8 fiber bundle 1602, such as 1602b, in a square configuration. FIG. 16C shows an n = 6 fiber bundle 1604, for example 1604a, in a triangular configuration. FIG. 16D shows an n = 9 fiber bundle 1603, such as 1603a, in a semicircle configuration.
[0100] Нижеследующие примеры даются для иллюстрации различных вариантов осуществления лазерных матриц, систем, устройств и способов согласно настоящим изобретениям. Эти примеры даются для иллюстрации и не должны рассматриваться как ограничивающие и не должны ограничивать объем настоящего изобретения.[0100] The following examples are given to illustrate various embodiments of laser arrays, systems, devices, and methods according to the present inventions. These examples are given for illustration and should not be construed as limiting and should not limit the scope of the present invention.
[0101] Пример 1[0101] Example 1
[0102] Матрица лазерных диодов синего свечения, которые пространственно объединены для создания одного пятна в дальней зоне, которое может быть введено в стойкое к соляризации оптическое волокно для подачи к обрабатываемой детали.[0102] An array of blue laser diodes that are spatially combined to create a single far-field spot that can be inserted into a solarization resistant optical fiber for delivery to a workpiece.
[0103] Пример 2[0103] Example 2
[0104] Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, с поляризованным пучком, совмещенным для повышения эффективной яркости лазерного пучка.[0104] The array of blue laser diodes described in Example 1 with a polarized beam aligned to increase the effective brightness of the laser beam.
[0105] Пример 3[0105] Example 3
[0106] Матрица лазерных диодов синего свечения с пространством между каждым из коллимированных пучков по быстрой оси лазерных диодов, которые далее совмещаются периодической пластинкой, которая отражает первый лазерный диод (диоды) и пропускает второй лазерный диод (диоды) для заполнения пространства между лазерными диодами по быстрому направлению первой матрицы.[0106] An array of blue laser diodes with a space between each of the collimated beams along the fast axis of the laser diodes, which are then aligned with a periodic plate that reflects the first laser diode (s) and passes the second laser diode (s) to fill the space between the laser diodes along fast direction of the first matrix.
[0107] Пример 4[0107] Example 4
[0108] Структурированное зеркало на стеклянной подложке, которое использовано для осуществления заполнения пространства из примера 3.[0108] A structured mirror on a glass substrate that is used to implement the space filling of Example 3.
[0109] Пример 5[0109] Example 5
[0110] Структурированное зеркало на одной стороне стеклянной подложки для осуществления заполнения пространства из примера 3, при этом стеклянная подложка имеет толщину, достаточную, чтобы сдвинуть вертикальное положение каждого лазерного диода для заполнения пустого пространства между отдельными лазерными диодами.[0110] A structured mirror on one side of the glass substrate for effecting the space filling of Example 3, wherein the glass substrate is thick enough to shift the vertical position of each laser diode to fill the empty space between the individual laser diodes.
[0111] Пример 6[0111] Example 6
[0112] Ступенчатый теплоотвод, который осуществляет заполнение пространства из примера 3, и структурированное зеркало, описанное в примере 4.[0112] The stepped heat sink that fills the space of Example 3 and the structured mirror described in Example 4.
[0113] Пример 7[0113] Example 7
[0114] Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, где каждый из отдельных лазеров фиксируется внешним резонатором на другой длине волны для значительного повышения яркости матрицы до эквивалентной яркости одного источника на основе лазерных диодов.[0114] The blue laser diode array as described in Example 1, wherein each of the individual lasers is fixed by an external resonator at a different wavelength to significantly brighten the array to the equivalent brightness of a single laser diode source.
[0115] Пример 8[0115] Example 8
[0116] Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, где отдельные матрицы лазерных диодов фиксируются на одной длине волны при использовании внешнего резонатора на основе дифракционной решетки, а матрицы лазерных диодов объединяются с образованием одного пучка при использовании либо узкополосных пространственных фильтров, либо дифракционных решеток.[0116] The blue laser diode array described in Example 1, wherein the individual laser diode arrays are fixed at the same wavelength using an external grating resonator, and the laser diode arrays are combined to form a single beam using either narrow band spatial filters or diffraction gratings.
[0117] Пример 9[0117] Example 9
[0118] Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки рамановского преобразователя, такого как оптическое волокно, которое имеет сердцевину из беспримесного плавленого кварца для создания источника с более высокой яркостью, и фторсодержащую внешнюю сердцевину для удержания синего излучения накачки.[0118] The blue laser diode array described in Example 1, which is used to pump a Raman converter, such as an optical fiber that has a pure fused silica core to create a higher brightness source and a fluorine outer core to contain the blue pump radiation ...
[0119] Пример 10[0119] Example 10
[0120] Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки рамановского преобразователя, такого как оптическое волокно, которое имеет легированную GeO2 центральную сердцевину для образования вместе с внешней сердцевиной источника с более высокой яркостью и внешнюю сердцевину, которая крупнее, чем центральная сердцевина, для удержания синего излучения накачки.[0120] The blue laser diode array described in Example 1, which is used to pump a Raman converter, such as an optical fiber, has a GeO 2 doped central core to form a higher brightness source with an outer core and a larger outer core than the central core to contain the blue pump radiation.
[0121] Пример 11[0121] Example 11
[0122] Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки рамановского преобразователя, такого как оптическое волокно, которое имеет легированную P2O5 сердцевину для создания источника с более высокой яркостью и внешнюю сердцевину, которая крупнее, чем центральная сердцевина, для удержания синего излучения накачки.[0122] The blue laser diode array described in Example 1, which is used to pump a Raman transducer such as an optical fiber that has a P 2 O 5 doped core to create a higher brightness source and an outer core that is larger than the center core to contain the blue pump radiation.
[0123] Пример 12[0123] Example 12
[0124] Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки рамановского преобразователя, такого как оптическое волокно, которое имеет сердцевину с градиентным показателем преломления для создания источника с более высокой яркостью и внешнюю сердцевину, которая крупнее, чем центральная сердцевина, для удержания синего излучения накачки.[0124] The blue laser diode array described in Example 1, which is used to pump a Raman converter such as an optical fiber that has a graded refractive index core to create a higher brightness source and an outer core that is larger than the central core to contain the blue pump radiation.
[125] Пример 13[125] Example 13
[126] Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки волокна рамановского преобразователя, которое представляет собой легированную GeO2 сердцевину с градиентным показателем преломления и внешнюю сердцевину со ступенчатым показателем преломления.[126] The blue laser diode array described in Example 1, which is used to pump a Raman converter fiber, which is a GeO 2 -doped graded index core and a stepped refractive index outer core.
[0127] Пример 14[0127] Example 14
[0128] Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки волокна рамановского преобразователя, которое представляет собой легированную P2O5 сердцевину с градиентным показателем преломления и внешнюю сердцевину с градиентным показателем преломления.[0128] The blue laser diode array described in Example 1, which is used to pump a Raman converter fiber, which is a P 2 O 5 -doped gradient refractive index core and a gradient refractive index outer core.
[0129] Пример 15[0129] Example 15
[0130] Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки волокна рамановского преобразователя, которое представляет собой легированную GeO2 сердцевину с градиентным показателем преломления.[0130] The blue laser diode array described in Example 1, which is used to pump a Raman converter fiber that is a GeO 2 doped graded refractive index core.
[0131] Пример 16[0131] Example 16
[0132] Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки волокна рамановского преобразователя, которое представляет собой легированную P2O5 сердцевину с градиентным показателем преломления и внешнюю сердцевину со ступенчатым показателем преломления.[0132] The blue laser diode array described in Example 1, which is used to pump a Raman converter fiber, which is a P 2 O 5 -doped gradient refractive index core and a stepped refractive index outer core.
[0133] Пример 17[0133] Example 17
[0134] Предполагаются другие варианты осуществления и изменения варианта осуществления из примера 1. Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки рамановского преобразователя, такого как алмаз, для создания лазерного источника с более высокой яркостью. Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки рамановского преобразователя, такого KGW, для создания лазерного источника с более высокой яркостью. Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки рамановского преобразователя, такого как YVO4, для создания лазерного источника с более высокой яркостью. Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки рамановского преобразователя, такого как Ba(NO3)2, для создания лазерного источника с более высокой яркостью. Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки рамановского преобразователя, которым является газ высокого давления, для создания лазерного источника с более высокой яркостью. Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки легированного редкоземельной примесью кристалла для создания лазерного источника с более высокой яркостью. Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки легированного редкоземельной примесью волокна для создания лазерного источника с более высокой яркостью. Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки внешней сердцевины преобразователя яркости для получения более высокого коэффициента повышения яркости.[0134] Other embodiments and variations of the embodiment of Example 1 are contemplated. The blue laser diode array described in Example 1 is used to pump a Raman transducer such as diamond to create a laser source with higher brightness. The blue laser diode array described in Example 1, which is used to pump a Raman transducer such as the KGW, to create a laser source with a higher brightness. The blue laser diode array described in Example 1 is used to pump a Raman transducer such as YVO 4 to create a laser source with a higher brightness. The blue laser diode array described in Example 1 was used to pump a Raman transducer such as Ba (NO 3 ) 2 to create a laser source with higher brightness. The blue laser diode array described in Example 1 is used to pump a Raman transducer, which is a high pressure gas, to create a laser source with a higher brightness. The blue laser diode array described in Example 1 was used to pump a rare earth doped crystal to create a laser source with higher brightness. The blue laser diode array described in Example 1, which is used to pump a rare earth doped fiber to create a laser source with higher brightness. The blue laser diode array described in Example 1 was used to pump the outer core of the dimmer to obtain a higher dimming factor.
[0135] Пример 18[0135] Example 18
[0136] Матрица лазеров с рамановским преобразованием, которые функционируют на отдельных длинах волн и объединены для образования более мощного источника при сохранении пространственной яркости исходного источника.[0136] An array of Raman converting lasers that operate at separate wavelengths and are combined to form a more powerful source while maintaining the spatial brightness of the original source.
[0137] Пример 19[0137] Example 19
[0138] Рамановское волокно со сдвоенными сердцевинами и средством для подавления рамановского сигнала второго порядка в центральной сердцевине при использовании фильтра, волоконной брэгговской решетки, разности в нормализованной частоте (V) для рамановских сигналов первого порядка и второго порядка или различия потерь на микроизгибах.[0138] Dual-core Raman fiber with means for suppressing the second order Raman signal in the central core using a filter, fiber Bragg grating, difference in normalized frequency (V) for first order and second order Raman signals, or microbending loss difference.
[0139] Пример 20[0139] Example 20
[0140] N лазерных диодов, где N≥1, которые могут быть отдельно включены и выключены и могут быть отображены на слой порошка для плавления и сплавления порошка в уникальную деталь.[0140] N laser diodes, where N> 1, which can be separately turned on and off and can be displayed on the powder layer to melt and fuse the powder into a unique part.
[0141] Пример 21[0141] Example 21
[0142] N матриц лазерных диодов, где N≥1, из примера 1, выходное излучение которых может быть введено в волокно, а каждое волокно может быть расположено в линейной или нелинейной конфигурации для создания адресуемой матрицы лазерных пучков большой мощности, которые могут быть отображены или сфокусированы на порошок для плавления или послойного сплавления порошка с получением уникальной формы.[0142] N arrays of laser diodes, where N> 1, from example 1, the output of which can be injected into the fiber, and each fiber can be arranged in a linear or non-linear configuration to create an addressable array of high power laser beams that can be displayed or focused on powder for melting or layer-by-layer fusion of the powder to obtain a unique shape.
[0143] Пример 22[0143] Example 22
[0144] Одна или более матриц лазерных диодов, объединенных с помощью рамановского преобразователя, выходное излучение которых может быть введено в волокно, а каждое волокно может быть расположено в линейной или нелинейной конфигурации для образования адресуемой матрицы N лазерных пучков большой мощности, где N≥1, которые могут быть отображены или сфокусированы на порошок для плавления или послойного сплавления с получением уникальной формы.[0144] One or more arrays of laser diodes coupled by a Raman converter, the output of which can be injected into the fiber, and each fiber can be arranged in a linear or non-linear configuration to form an addressable array of N high power laser beams, where N≥1 that can be imaged or focused onto the powder to be melted or fused layer by layer into a unique shape.
[0145] Пример 23[0145] Example 23
[0146] Система перемещения по x-y, которая может транспортировать N источников на основе лазеров синего свечения, где N≥1, вдоль слоя порошка при плавлении и сплавлении слоя порошка, при этом система подачи порошка расположена позади лазерного источника для обеспечения слоя свежего порошка позади расплавленного слоя.[0146] An xy travel system that can transport N blue laser sources, where N> 1, along the powder bed while melting and fusing the powder bed, with a powder feed system located behind the laser source to provide a fresh powder bed behind the melted layer.
[0147] Пример 24[0147] Example 24
[0148] Система перемещения по z, которая может увеличивать/уменьшать высоту детали/слоя порошка из примера 20 после помещения нового слоя порошка.[0148] A z-motion system that can increase / decrease the height of the part / powder layer of Example 20 after placing a new layer of powder.
[0149] Пример 25[0149] Example 25
[0150] Система перемещения по z, которая может увеличивать/уменьшать высоту детали/слоя порошка из примера 20 после сплавления порошка лазерным источником.[0150] A z-motion system that can increase / decrease the height of the part / powder layer of Example 20 after fusing the powder with a laser source.
[0151] Пример 26[0151] Example 26
[0152] Возможность двунаправленного размещения порошка для примера 20, при этом порошок помещается непосредственно позади лазерного пятна (пятен), когда оно перемещается в положительном направлении x или отрицательном направлении x.[0152] Bidirectional powder placement capability for Example 20, where the powder is placed directly behind the laser spot (s) as it moves in the positive x direction or negative x direction.
[0153] Пример 27[0153] Example 27
[154] Возможность двунаправленного размещения порошка для примера 20, при этом порошок помещается непосредственно позади лазерного пятна (пятен), когда оно перемещается в положительном направлении y или отрицательном направлении y.[154] Possibility of bi-directional placement of the powder for example 20, the powder is placed directly behind the laser spot (s) when it moves in the positive y direction or negative y direction.
[0155] Пример 28[0155] Example 28
[0156] Система подачи порошка, которая является коаксиальной с N лазерными пучками, где N≥1.[0156] A powder supply system that is coaxial with N laser beams, where N> 1.
[0157] Пример 29[0157] Example 29
[0158] Система подачи порошка, в которой порошок подается самотеком.[0158] A powder supply system in which powder is fed by gravity.
[0159] Пример 30[0159] Example 30
[160] Система подачи порошка, в которой порошок уносится потоком инертного газа.[160] Powder delivery system in which powder is carried away by a stream of inert gas.
[0161] Пример 31[0161] Example 31
[0162] Система подачи порошка, которая расположена поперек N лазерных пучков, где N≥1, и порошок помещается самотеком непосредственно перед лазерными пучками.[0162] A powder supply system that is located across the N laser beams, where N> 1, and the powder is placed by gravity directly in front of the laser beams.
[0163] Пример 32[0163] Example 32
[0164] Система подачи порошка, которая расположена поперек N лазерных пучков, где N≥1, и порошок уносится потоком инертного газа, который пересекает лазерные пучки.[0164] A powder supply system that is located across the N laser beams, where N> 1, and the powder is carried away by an inert gas flow that crosses the laser beams.
[0165] Пример 33[0165] Example 33
[0166] Система генерации второй гармоники, которая использует выходное излучение рамановского преобразователя, например, при 460 нм для генерации излучения с длиной волны, равной половине длины волны лазерного источника или 230 нм, которая состоит из удваивающего частоту кристалла во внешнем резонаторе, такого как KTP, но не позволяет распространение излучения с короткой длиной волны через оптическое волокно.[0166] A second harmonic generation system that uses the output of a Raman transducer, for example, at 460 nm to generate radiation at half the wavelength of a laser source or 230 nm, which consists of a frequency doubling crystal in an external resonator such as KTP , but does not allow the propagation of radiation with short wavelength through the optical fiber.
[0167] Пример 34[0167] Example 34
[0168] Система генерации третьей гармоники, которая использует выходное излучение рамановского преобразователя, например, при 460 нм для генерации излучения при 115 нм, с использованием удваивающего частоту кристалла во внешнем резонаторе, но не позволяет распространение излучения с короткой длиной волны через оптическое волокно.[0168] A third harmonic generation system that uses the output of a Raman transducer, for example, at 460 nm to generate radiation at 115 nm, using a frequency doubling crystal in an external resonator, but does not allow short wavelength radiation to propagate through the optical fiber.
[0169] Пример 35[0169] Example 35
[0170] Система генерации четвертой гармоники, которая использует выходное излучение рамановского преобразователя, например, при 460 нм для генерации излучения при 57,5 нм, с использованием удваивающего частоту кристалла во внешнем резонаторе, но не позволяет распространение излучения с короткой длиной волны через оптическое волокно.[0170] A fourth harmonic generation system that uses the output of a Raman transducer, for example, at 460 nm to generate radiation at 57.5 nm, using a frequency doubling crystal in an external cavity, but does not allow the propagation of short wavelength radiation through the optical fiber ...
[0171] Пример 36[0171] Example 36
[0172] Система генерации второй гармоники, которая использует выходное излучение легированного редкоземельной примесью преобразователя яркости, такого как тулий, который генерирует когерентное излучение при 473 нм, будучи накачиваемым матрицей лазерных диодов синего свечения при 450 нм, для генерации излучения с длиной волны, равной половине длины волны лазерного источника или 236,5 нм, с использованием удваивающего частоту кристалла во внешнем резонаторе, но не позволяет распространение излучения с короткой длиной волны через оптическое волокно.[0172] A second harmonic generation system that uses the output of a rare-earth doped dimmer such as thulium, which generates coherent radiation at 473 nm while being pumped by an array of blue laser diodes at 450 nm, to generate radiation at half wavelength the wavelength of the laser source, or 236.5 nm, using a frequency-doubling crystal in an external cavity, but does not allow the propagation of short wavelength radiation through the optical fiber.
[0173] Пример 37[0173] Example 37
[174] Система генерации третьей гармоники, которая использует выходное излучение легированного редкоземельной примесью преобразователя яркости, такого как тулий, который генерирует когерентное излучение при 473 нм, будучи накачиваемым матрицей лазерных диодов синего свечения при 450 нм, для генерации излучения при 118,25 нм с использованием удваивающего частоту кристалла во внешнем резонаторе, но не позволяет распространение излучения с короткой длиной волны через оптическое волокно.[174] A third harmonic generation system that uses the output of a rare earth doped dimmer such as thulium, which generates coherent radiation at 473 nm when pumped by an array of blue laser diodes at 450 nm to generate radiation at 118.25 nm with using a frequency-doubling crystal in an external cavity, but does not allow the propagation of short-wavelength radiation through the optical fiber.
[0175] Пример 38[0175] Example 38
[0176] Система генерации четвертой гармоники, которая использует выходное излучение легированного редкоземельной примесью преобразователя яркости, такого как тулий, который генерирует когерентное излучение при 473 нм, будучи накачиваемым матрицей лазерных диодов синего свечения при 450 нм, для генерации излучения при 59,1 нм с использованием удваивающего частоту кристалла во внешнем резонаторе, но не позволяет распространение распространения излучения с короткой длиной волны через оптическое волокно.[0176] A fourth harmonic generation system that uses the output of a rare earth doped dimmer such as thulium, which generates coherent radiation at 473 nm when pumped by an array of blue laser diodes at 450 nm, to generate radiation at 59.1 nm with using a frequency doubling crystal in an external cavity, but does not allow propagation of short wavelength radiation through the optical fiber.
0177] Пример 390177] Example 39
[0178] Все другие легированные редкоземельными примесями волокна и кристаллы, которые можно накачивать от источника большой мощности при 450 нм для генерации видимого или почти видимого излучения, которые могут быть использованы в примерах 34-38.[0178] All other rare earth doped fibers and crystals that can be pumped from a high power source at 450 nm to generate visible or near-visible radiation, which can be used in examples 34-38.
[0179] Пример 40[0179] Example 40
[0180] Ввод видимого излучения большой мощности в некруговую внешнюю сердцевину или оболочку для накачки внутренней сердцевины рамановского волокна или волокна с легированной редкоземельной примесью сердцевиной.[0180] Injecting high-power visible radiation into a non-circular outer core or cladding to pump the inner core of a Raman or rare earth doped fiber.
[0181] Пример 41[0181] Example 41
[0182] Применение поддерживающего поляризацию волокна для повышения коэффициента передачи рамановского волокна путем согласования поляризации накачки с поляризацией рамановского осциллятора.[0182] The use of a polarization-maintaining fiber to increase the transmission efficiency of a Raman fiber by matching the pump polarization with that of a Raman oscillator.
[0183] Пример 42[0183] Example 42
[0184] Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки рамановского преобразователя, такого как оптическое волокно, которое структурировано для создания источника с более высокой яркостью, с конкретной поляризацией излучения.[0184] The blue laser diode array described in Example 1, which is used to pump a Raman converter, such as an optical fiber, which is structured to create a higher brightness source with a specific radiation polarization.
[0185] Пример 43[0185] Example 43
[0186] Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки рамановского преобразователя, такого как оптическое волокно, которое структурировано для создания источника с более высокой яркостью, с конкретной поляризацией излучения и поддержанием поляризации источника накачки.[0186] The blue laser diode array described in Example 1, which is used to pump a Raman converter, such as an optical fiber, is structured to create a source with a higher brightness, with a specific polarization of the radiation and maintaining the polarization of the pumping source.
[0187] Пример 44[0187] Example 44
[0188] Матрица лазерных диодов синего свечения, описанная в примере 1, которая использована для накачки рамановского преобразователя, такого как оптическое волокно, для создания источника с более высокой яркостью при использовании некруговой внешней сердцевины, структурированной для повышения эффективности рамановской конверсии.[0188] The blue laser diode array described in Example 1, which is used to pump a Raman converter, such as an optical fiber, to create a higher brightness source using a non-circular outer core structured to improve Raman conversion efficiency.
[0189] Пример 45[0189] Example 45
[0190] Кроме того, варианты осуществления из примеров с 1 по 44 могут включать в себя один или более из следующих компонентов или модулей: устройство для разравнивания порошка в конце каждого прохода перед сканированием лазером вдоль слоя порошка; устройство для повышения выходной мощности лазера путем объединения многочисленных лазерных модулей небольшой мощности через посредство волоконного объединителя для образования выходного пучка с более высокой мощностью; устройство для повышения выходной мощности модуля лазеров синего свечения путем объединения многочисленных лазерных модулей небольшой мощности через посредство свободного пространства для образования выходного пучка с более высокой мощностью; устройство для объединения многочисленных лазерных модулей на одной опорной плите со встроенным охлаждением.[0190] In addition, embodiments of Examples 1 through 44 may include one or more of the following components or modules: a device for leveling the powder at the end of each pass prior to laser scanning along the powder bed; a device for increasing the laser output power by combining multiple low power laser modules through a fiber combiner to form a higher power output beam; a device for increasing the output power of the blue lasers module by combining multiple low power laser modules through the free space to form a higher power output beam; device for combining multiple laser modules on one base plate with integrated cooling.
[0191] Следует отметить, что отсутствуют требования относительно представления или изложения теории, лежащей в основе новых и основополагающих характеристик или других полезных признаков и свойств, которые являются предметом вариантов осуществления настоящего изобретения или имеют отношение к ним. Тем не менее, различные теории изложены в этом описании для дальнейшего продвижения в этой важной области и, в частности, в важной области лазеров, лазерной обработки и применений лазеров. Эти теории выдвинуты в этом описании и, если иное особо не оговорено, никоим образом не ограничивают или не сужают объем защиты заявленного изобретения. Эти теории могут не требоваться или не применяться при использовании настоящего изобретения. Кроме того, понятно, что настоящее изобретение может наталкивать на новые, и поэтому неизвестные, теории для пояснения работы, функции и признаков способов, изделий, материалов, устройств и систем согласно вариантам осуществления настоящего изобретения; и такие позднее разработанные теории не должны ограничивать объем защиты настоящего изобретения.[0191] It should be noted that there are no requirements regarding the presentation or presentation of theory underlying new and fundamental characteristics or other useful features and properties that are the subject of embodiments of the present invention or are related to them. However, various theories are set forth in this description to further advance this important area and in particular in the important area of lasers, laser processing and laser applications. These theories are advanced in this description and, unless otherwise specified, in no way limit or limit the scope of protection of the claimed invention. These theories may not be required or applied when using the present invention. In addition, it is understood that the present invention may lead to new, and therefore unknown, theories for explaining the operation, function and features of methods, products, materials, devices and systems according to embodiments of the present invention; and such later developed theories should not limit the protection scope of the present invention.
[0192] Различные варианты осуществления лазеров, диодов, матриц, модулей, узлов, функций и операций, изложенные в этом описании, могут быть использованы в обозначенных выше областях и в различных других областях. Кроме того, эти варианты осуществления могут быть использованы, например, вместе с существующими лазерами, системами аддитивного производства, операциями и функциями, а также с другим существующим оборудованием; перспективными лазерами, операциями и функциями систем аддитивного производства; и такими изделиями, которые в какой-либо степени могут быть модифицированы на основании идей этого описания. Кроме того, различные варианты осуществления, изложенные в этом описании, могут быть использованы совместно в различных и многих сочетаниях. Таким образом, например, конфигурации, представленные в этом описании в различных вариантах осуществления, могут использоваться совместно; и объем защиты настоящего изобретения не должен быть ограничен конкретным вариантом осуществления, конфигурацией или компоновкой, которая рассмотрена, например, в конкретном варианте осуществления или в варианте осуществления на конкретном чертеже.[0192] Various embodiments of lasers, diodes, arrays, modules, assemblies, functions, and operations set forth in this specification may be used in the above areas and in various other areas. In addition, these embodiments can be used, for example, in conjunction with existing lasers, additive manufacturing systems, operations and functions, as well as with other existing equipment; advanced lasers, operations and functions of additive manufacturing systems; and such products that can be modified to any extent based on the teachings of this description. In addition, the various embodiments set forth in this description can be used together in various and many combinations. Thus, for example, the configurations presented in this description in various embodiments can be used together; and the protection scope of the present invention should not be limited to a specific embodiment, configuration or arrangement, which is considered, for example, in a specific embodiment or in an embodiment in a specific drawing.
[0193] Изобретение может быть реализовано в иных формах, а не в раскрытых в этой заявке, без отступления от его сущности или существенных характеристик. Описанные варианты осуществления во всех аспектах должны рассматриваться только как иллюстративные и не ограничивающие.[0193] The invention may be implemented in forms other than those disclosed in this application, without departing from its essence or essential characteristics. The described embodiments are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive.
[0194] Изобретение может быть реализовано в указанных ниже формах:[0194] The invention can be implemented in the following forms:
1. Лазерная система для выполнения лазерных операций, содержащая:1. Laser system for performing laser operations, containing:
a. множество модулей лазерных диодов; при этомa. many laser diode modules; wherein
b. каждый модуль лазерных диодов содержит множество лазерных диодов, способных выдавать отдельный синий лазерный пучок по траектории лазерного пучка;b. each laser diode module contains a plurality of laser diodes capable of emitting a separate blue laser beam along the path of the laser beam;
c. средство пространственного совмещения отдельных синих лазерных пучков для получения совмещенного лазерного пучка, имеющего одно пятно в дальней зоне, вводимого в оптическое волокно для доставки к целевому материалу; и при этомc. means for spatial alignment of individual blue laser beams to obtain a aligned laser beam having one spot in the far field, introduced into an optical fiber for delivery to a target material; and wherein
d. средство пространственного совмещения отдельных синих лазерных пучков находится на траектории лазерного пучка и в оптической связи с каждым лазерным диодом.d. means for spatial alignment of individual blue laser beams is located on the path of the laser beam and in optical communication with each laser diode.
2. Система по п. 1, содержащая по меньшей мере три модуля лазерных диодов; и при этом каждый модуль лазерных диодов содержит по меньшей мере 30 лазерных диодов; причем модули лазерных диодов способны к распространению лазерных пучков, имеющих суммарную мощность по меньшей мере около 30 Вт и показатель параметра пучка ниже 20 мм⋅мрад.2. The system according to claim 1, containing at least three laser diode modules; and wherein each laser diode module contains at least 30 laser diodes; moreover, the laser diode modules are capable of propagating laser beams having a total power of at least about 30 W and a beam parameter index below 20 mm⋅mrad.
3. Система по п. 2, причем показатель параметра пучка ниже 15 мм⋅мрад.3. The system of claim 2, wherein the beam parameter is below 15 mm⋅mrad.
4. Система по п. 2, причем показатель параметра пучка ниже 10 мм⋅мрад.4. The system of claim 2, wherein the beam parameter is less than 10 mm⋅mrad.
5. Система по п. 1, причем средство пространственного совмещения выдает совмещенный лазерный пучок с яркостью, составляющей умноженную на N яркость отдельного лазерного пучка, где N - число лазерных диодов в модуле лазерных диодов.5. The system of claim 1, wherein the spatial alignment means produces a aligned laser beam with a brightness equal to N multiplied by the brightness of an individual laser beam, where N is the number of laser diodes in the laser diode module.
6. Система по п. 5, причем средство пространственного совмещения повышает мощность лазерного пучка при сохранении яркости совмещенного лазерного пучка, в результате чего совмещенный лазерный пучок имеет мощность, которая составляет по меньшей мере 50-кратную мощность отдельного лазерного пучка, и в результате чего произведение параметров совмещенного лазерного пучка составляет не больше, чем умноженное на 2 произведение параметров отдельного лазерного пучка.6. The system of claim 5, wherein the spatial alignment means increases the power of the laser beam while maintaining the brightness of the aligned laser beam, whereby the aligned laser beam has a power that is at least 50 times the power of the individual laser beam, resulting in a product the parameters of the combined laser beam is no more than the product of the parameters of an individual laser beam multiplied by 2.
7. Система по п. 6, причем произведение параметров совмещенного лазерного пучка составляет не больше, чем умноженное на 1,5 произведение параметров отдельного лазерного пучка.7. The system of claim 6, wherein the product of the parameters of the aligned laser beam is not more than the product of the parameters of an individual laser beam multiplied by 1.5.
8. Система по п. 6, причем произведение параметров совмещенного лазерного пучка составляет не больше, чем умноженное на 1 произведение параметров отдельного лазерного пучка.8. The system of claim 6, wherein the product of the parameters of the aligned laser beam is not more than the product of the parameters of an individual laser beam multiplied by 1.
9. Система по п. 5, причем средство пространственного совмещения повышает мощность лазерного пучка при сохранении яркости отдельных лазерных пучков, в результате чего совмещенный лазерный пучок имеет мощность, которая составляет по меньшей мере 100-кратную мощность отдельного лазерного пучка, и в результате чего произведение параметров совмещенного лазерного пучка составляет не больше, чем умноженное на 2 произведение параметров отдельного лазерного пучка.9. The system of claim 5, wherein the spatial alignment means increases the power of the laser beam while maintaining the brightness of the individual laser beams, whereby the aligned laser beam has a power that is at least 100 times the power of an individual laser beam, and as a result the parameters of the combined laser beam is no more than the product of the parameters of an individual laser beam multiplied by 2.
10. Система по п. 9, причем произведение параметров совмещенного лазерного пучка составляет не больше, чем умноженное на 1,5 произведение параметров отдельного лазерного пучка.10. The system according to claim 9, wherein the product of the parameters of the aligned laser beam is not more than the product of the parameters of an individual laser beam multiplied by 1.5.
11. Система по п. 7, причем произведение параметров совмещенного лазерного пучка составляет не больше, чем умноженное на 1 произведение параметров отдельного лазерного пучка.11. The system of claim 7, wherein the product of the parameters of the aligned laser beam is not more than the product of the parameters of an individual laser beam multiplied by 1.
12. Система по п. 1, 2 или 6, причем оптическое волокно является стойким к соляризации.12. A system according to claim 1, 2 or 6, wherein the optical fiber is resistant to solarization.
13. Система по п. 1, 2 или 6, причем средство пространственного совмещения содержит модули, выбранные из группы, состоящей из выставляющих плоскопараллельных пластинок и клиньев, для коррекции по меньшей мере одной из ошибок положения или ошибок в наведении лазерного диода.13. The system of claim 1, 2, or 6, wherein the spatial alignment means comprises modules selected from the group consisting of aligning plane-parallel plates and wedges for correcting at least one of position errors or laser diode pointing errors.
14. Система по п. 1, 2 или 6, причем средство пространственного совмещения содержит поляризационное устройство совмещения пучков, способное повышать эффективную яркость совмещенных лазерных пучков по сравнению отдельными лазерными пучками.14. A system according to claim 1, 2 or 6, wherein the spatial alignment means comprises a polarizing beam alignment device capable of increasing the effective brightness of the aligned laser beams as compared to individual laser beams.
15. Система по п. 1, 2 или 6, причем модули лазерных диодов задают траектории отдельных лазерных пучков с пространством между каждой из этих траекторий, в результате чего отдельные лазерные пучки имеют пространство между каждым пучком; и причем средство пространственного совмещения содержит коллиматор для коллимирования отдельных лазерных пучков по быстрой оси лазерных диодов, периодическое зеркало для совмещения коллимированных лазерных пучков, при этом периодическое зеркало выполнено с возможностью отражения первого лазерного пучка от первого диода в модуле лазерных диодов и пропускания второго лазерного пучка от второго диода в модуле лазерных диодов, в результате чего заполняется пространство между отдельными лазерными пучками по быстрому направлению.15. The system according to claim 1, 2 or 6, wherein the laser diode modules define the trajectories of individual laser beams with a space between each of these trajectories, as a result of which the individual laser beams have a space between each beam; and wherein the spatial alignment means comprises a collimator for collimating individual laser beams along the fast axis of laser diodes, a periodic mirror for aligning collimated laser beams, wherein the periodic mirror is configured to reflect the first laser beam from the first diode in the laser diode module and transmit the second laser beam from the second diode in the laser diode module, thereby filling the space between the individual laser beams in a fast direction.
16. Система по п. 1, причем средство пространственного совмещения содержит структурированное зеркало на стеклянной подложке.16. The system of claim 1, wherein the spatial alignment means comprises a structured mirror on a glass substrate.
17. Система по п. 16, причем стеклянная подложка имеет достаточную толщину для сдвига вертикального положения лазерного пучка от лазерного диода для заполнения пустого пространства между лазерными диодами.17. The system of claim 16, wherein the glass substrate is thick enough to shift the vertical position of the laser beam away from the laser diode to fill the void between the laser diodes.
18. Система по п. 1, содержащая ступенчатый теплоотвод.18. The system of claim 1, comprising a stepped heat sink.
19. Лазерная система для обеспечения лазерного пучка высокой яркости и большой мощности, содержащая:19. Laser system for providing a laser beam of high brightness and high power, containing:
a. множество модулей лазерных диодов; при этомa. many laser diode modules; wherein
b. каждый модуль лазерных диодов содержит множество лазерных диодов, способных выдавать синий лазерный пучок, имеющий исходную яркость;b. each laser diode module contains a plurality of laser diodes capable of emitting a blue laser beam having an original brightness;
c. средство пространственного совмещения синих лазерных пучков для получения совмещенного лазерного пучка, имеющего конечную яркость и образующего одно пятно в дальней зоне, вводимого в оптическое волокно;c. means for spatial alignment of blue laser beams for obtaining an aligned laser beam having a finite brightness and forming a single spot in the far field, introduced into the optical fiber;
d. причем каждый лазерный диод фиксирован внешним резонатором на другой длине волны для значительного повышения яркости совмещенного лазерного пучка, в результате чего конечная яркость совмещенного лазерного пучка является примерно такой же, как исходная яркость лазерных пучков от лазерного диода.d. wherein each laser diode is fixed by an external resonator at a different wavelength to significantly increase the brightness of the aligned laser beam, resulting in the final brightness of the aligned laser beam being approximately the same as the initial brightness of the laser beams from the laser diode.
20. Лазерная система по п. 1, причем каждый лазерный диод фиксирован на одной длине волны с помощью внешнего резонатора на основе дифракционной решетки, и каждый из модуля лазерных диодов объединен в совмещенный пучок с помощью средства совмещения, выбранного из группы, состоящей из узкополосного пространственного оптического фильтра и дифракционной решетки.20. The laser system according to claim 1, wherein each laser diode is fixed at one wavelength by means of an external resonator based on a diffraction grating, and each of the laser diode module is combined into an aligned beam by means of an alignment means selected from the group consisting of narrow-band spatial optical filter and diffraction grating.
21. Лазерная система для выполнения лазерных операций, содержащая:21. Laser system for performing laser operations, containing:
a. множество модулей лазерных диодов; при этомa. many laser diode modules; wherein
b. каждый модуль лазерных диодов содержит множество лазерных диодов, способных выдавать синий лазерный пучок по траектории лазерного пучка;b. each laser diode module contains a plurality of laser diodes capable of emitting a blue laser beam along the path of the laser beam;
c. средство пространственного совмещения синих лазерных пучков для получения совмещенного лазерного пучка, имеющего одно пятно в дальней зоне, оптически вводимого в рамановский преобразователь, чтобы накачивать рамановский преобразователь для повышения яркости совмещенного лазерного пучка.c. means for spatial alignment of blue laser beams for obtaining a aligned laser beam having a single spot in the far field, optically coupled to a Raman transducer to pump the Raman transducer to increase the brightness of the aligned laser beam.
22. Лазерная система по п. 21, причем рамановский преобразователь представляет собой оптическое волокно, которое имеет сердцевину из беспримесного плавленого кварцевого стекла для создания источника с более высокой яркостью и фторсодержащую внешнюю сердцевину для удержания синего излучения накачки.22. The laser system of claim 21, wherein the Raman converter is an optical fiber that has a pure fused silica core to create a higher brightness source and a fluorine outer core to contain the blue pump radiation.
23. Лазерная система по п. 21, причем рамановский преобразователь использован для накачки рамановского преобразователя, такого как оптическое волокно, которое имеет легированную GeO2 центральную сердцевину с внешней сердцевиной для создания источника с более высокой яркостью и внешнюю сердцевину, которая крупнее, чем центральная сердцевина, для удержания синего излучения накачки.23. The laser system of claim 21, wherein the Raman transducer is used to pump a Raman transducer, such as an optical fiber, which has a GeO 2 doped central core with an outer core to create a higher brightness source and an outer core that is larger than the central core. , to confine the blue pump radiation.
24. Лазерная система по п. 21, причем рамановский преобразователь представляет собой оптическое волокно, которое имеет легированную P2O5 сердцевину для создания источника с более высокой яркостью и внешнюю сердцевину, которая крупнее, чем центральная сердцевина, для удержания синего излучения накачки.24. The laser system of claim 21, wherein the Raman converter is an optical fiber that has a P 2 O 5 doped core to create a higher brightness source and an outer core that is larger than the center core to contain the blue pump radiation.
25. Лазерная система по п. 21, причем рамановский преобразователь представляет собой оптическое волокно, которое имеет сердцевину с градиентным показателем преломления для создания источника с более высокой яркостью и внешнюю сердцевину, которая крупнее, чем центральная сердцевина, для удержания синего излучения накачки.25. The laser system of claim 21, wherein the Raman converter is an optical fiber that has a graded refractive index core to provide a higher brightness source and an outer core that is larger than the central core to contain the blue pump radiation.
26. Лазерная система по п. 21, причем рамановский преобразователь представляет собой легированную GeO2 сердцевину с градиентным показателем преломления и внешнюю сердцевину со ступенчатым показателем преломления.26. The laser system of claim 21, wherein the Raman transducer is a GeO 2 -doped graded refractive index core and a stepped refractive index outer core.
27. Лазерная система по п. 21, причем рамановский преобразователь используется для накачки волокна рамановского преобразователя, которое представляет собой легированную P2O5 сердцевину с градиентным показателем преломления и внешнюю сердцевину со ступенчатым показателем преломления.27. The laser system of claim 21, wherein the Raman transducer is used to pump a Raman transducer fiber that is a P 2 O 5 doped gradient refractive index core and a stepped refractive index outer core.
28. Лазерная система по п. 21, причем рамановский преобразователь использован для накачки волокна рамановского преобразователя, которое представляет собой легированную GeO2 сердцевину с градиентным показателем преломления.28. The laser system of claim 21, wherein the Raman transducer is used to pump a Raman transducer fiber that is a GeO 2 -doped graded refractive index core.
29. Лазерная система по п. 21, причем рамановский преобразователь представляет собой легированную P2O5 сердцевину с градиентным показателем преломления и внешнюю сердцевину со ступенчатым показателем преломления.29. The laser system of claim 21, wherein the Raman transducer is a P 2 O 5 doped graded refractive index core and a stepped refractive index outer core.
30. Лазерная система по п. 21, причем рамановский преобразователь представляет собой алмаз для создания лазерного источника с более высокой яркостью.30. The laser system of claim 21, wherein the Raman transducer is a diamond for creating a laser source with a higher brightness.
31. Лазерная система по п. 21, причем рамановский преобразователь представляет собой KGW для создания лазерного источника с более высокой яркостью.31. The laser system of claim 21, wherein the Raman transducer is KGW for creating a laser source with a higher brightness.
32. Лазерная система по п. 21, причем рамановский преобразователь представляет собой YVO4 для создания лазерного источника с более высокой яркостью.32. The laser system of claim 21, wherein the Raman transducer is YVO 4 for creating a laser source with a higher brightness.
33. Лазерная система по п. 21, причем рамановский преобразователь представляет собой Ba(NO3)2 для создания лазерного источника с более высокой яркостью.33. The laser system of claim 21, wherein the Raman transducer is Ba (NO 3 ) 2 to create a laser source with a higher brightness.
34. Лазерная система по п. 21, причем рамановский преобразователь представляет собой газ высокого давления для создания лазерного источника с более высокой яркостью.34. The laser system of claim 21, wherein the Raman transducer is a high pressure gas to create a laser source with a higher brightness.
35. Способ обеспечения совмещенного лазерного пучка, содержащий функционирование матрицы лазеров с рамановским преобразованием для генерации синих лазерных пучков с отдельными различными длинами волн и совмещенных лазерных пучков для создания источника с более высокой мощностью при сохранении пространственной яркости исходного источника.35. A method of providing a aligned laser beam, comprising operating an array of Raman converting lasers to generate blue laser beams with separate different wavelengths and aligned laser beams to create a source with a higher power while maintaining the spatial brightness of the original source.
36. Лазерная система для выполнения лазерных операций, содержащая:36. Laser system for performing laser operations, containing:
a. множество модулей лазерных диодов; при этомa. many laser diode modules; wherein
b. каждый модуль лазерных диодов содержит множество лазерных диодов, способных выдавать синий лазерный пучок по траектории лазерного пучка;b. each laser diode module contains a plurality of laser diodes capable of emitting a blue laser beam along the path of the laser beam;
c. коллимирующую и совмещающую оптику вдоль траектории лазерного пучка, способную выдавать совмещенный лазерный пучок; иc. collimating and aligning optics along the trajectory of the laser beam, capable of delivering the aligned laser beam; and
d. оптическое волокно для приема совмещенного лазерного пучка.d. optical fiber for receiving the aligned laser beam.
37. Система по п. 36, причем оптическое волокно находится в оптической связи с легированным редкоземельным элементом волокном, в результате чего совмещенный лазерный пучок способен накачивать легированное редкоземельным элементом волокно для создания лазерного источника с более высокой яркостью.37. The system of claim 36, wherein the optical fiber is in optical communication with the rare-earth-doped fiber, whereby the aligned laser beam is capable of pumping the rare-earth-doped fiber to create a laser source with higher brightness.
38. Система по п. 36, причем оптическое волокно находится в оптической связи с внешней сердцевиной преобразователя яркости, в результате чего совмещенный лазерный пучок способен накачивать внешнюю сердцевину преобразователя яркости для получения более высокого коэффициента повышения яркости.38. The system of claim 36, wherein the optical fiber is in optical communication with the outer core of the dimmer, whereby the aligned laser beam is capable of pumping the outer dimmer core to obtain a higher brightness enhancement factor.
39. Рамановское волокно, содержащее сдвоенные сердцевины, при этом одна из сдвоенных сердцевин является центральной сердцевиной с высокой яркостью; и средство подавления рамановского сигнала второго порядка в центральной сердцевине с высокой яркостью, выбранное из группы, состоящей из фильтра, волоконной брэгговской решетки, разности в нормализованной частоте (V) для рамановских сигналов первого порядка и второго порядка и различия потерь на микроизгибах.39. Raman fiber having twin cores, wherein one of the twin cores is a high brightness central core; and means for suppressing a second order Raman signal in the high luminance central core selected from the group consisting of a filter, a fiber Bragg grating, a difference in normalized frequency (V) for the first order and second order Raman signals, and a difference in microbend loss.
40. Система генерации второй гармоники, содержащая: рамановский преобразователь с первой длиной волны для генерации излучения на половине первой длины волны; и удваивающий частоту кристалл во внешнем резонаторе, выполненный с возможностью предотвращения распространения излучения с половинной длиной волны через оптическое волокно.40. A second harmonic generation system, comprising: a Raman converter with a first wavelength for generating radiation at half of the first wavelength; and a frequency doubling crystal in an external resonator configured to prevent the half-wavelength radiation from propagating through the optical fiber.
41. Система по п. 40, причем первая длина волны составляет примерно 460 нм; и удваивающий частоту кристалл во внешнем резонаторе представляет собой KTP.41. The system of claim 40, wherein the first wavelength is about 460 nm; and the frequency doubling crystal in the external resonator is KTP.
42. Система генерации третьей гармоники, содержащая: рамановский преобразователь с первой длиной волны для генерации излучения со второй длиной волны, меньшей, чем первая длина волны; и удваивающий частоту кристалл во внешнем резонаторе, выполненный с возможностью предотвращения распространения излучения с меньшей длиной волны через оптическое волокно.42. A system for generating a third harmonic, comprising: a Raman converter with a first wavelength for generating radiation with a second wavelength less than the first wavelength; and a frequency doubling crystal in an external resonator configured to prevent radiation with a shorter wavelength from propagating through the optical fiber.
43. Система генерации четвертой гармоники, содержащая: рамановский преобразователь для генерации излучения на 57,5 нм с использованием удваивающего частоту кристалла во внешнем резонаторе, выполненного с возможностью предотвращения распространения излучения с длиной волны 57,5 нм через оптическое волокно.43. A fourth harmonic generation system, comprising: a Raman converter for generating 57.5 nm radiation using a frequency doubling crystal in an external resonator, configured to prevent 57.5 nm radiation from propagating through an optical fiber.
44. Система генерации второй гармоники, содержащая легированный редкоземельной примесью преобразователь яркости, содержащий тулий, который генерирует когерентное излучение на 473 нм, будучи накачиваемым матрицей лазерных диодов синего свечения на 450 нм, для генерации излучения с длиной волны, равной половине длины волны лазерного источника или 236,5 нм, с использованием удваивающего частоту кристалла во внешнем резонаторе, но не позволяет распространяться излучению с короткой длиной волны через оптическое волокно.44. Second harmonic generation system containing a rare-earth doped thulium-containing brightness converter that generates coherent radiation at 473 nm when pumped by an array of 450 nm blue laser diodes to generate radiation with a wavelength equal to half the wavelength of the laser source, or 236.5 nm, using a frequency doubling crystal in an external resonator, but does not allow short wavelength radiation to propagate through the optical fiber.
45. Система генерации третьей гармоники, содержащая легированный редкоземельной примесью преобразователь яркости, содержащий тулий, который генерирует когерентное излучение на 473 нм, будучи накачиваемым матрицей лазерных диодов синего свечения на 450 нм, для генерации излучения на 118,25 нм с использованием удваивающего частоту кристалла во внешнем резонаторе, но не позволяет распространяться излучению с короткой длиной волны через оптическое волокно.45. Third harmonic generation system containing a rare-earth doped thulium-containing brightness transducer that generates coherent radiation at 473 nm when pumped by an array of 450 nm blue laser diodes to generate radiation at 118.25 nm using a frequency doubling crystal in external cavity, but does not allow propagation of radiation with a short wavelength through the optical fiber.
46. Система генерации четвертой гармоники, содержащая легированный редкоземельной примесью преобразователь яркости, содержащий тулий, который генерирует когерентное излучение на 473 нм, будучи накачиваемым матрицей лазерных диодов синего свечения на 450 нм, для генерации излучения на 59,1 нм с использованием удваивающего частоту кристалла во внешнем резонаторе, но не позволяет распространяться излучению с короткой длиной волны через оптическое волокно.46. A fourth harmonic generation system containing a rare-earth doped thulium-containing brightness converter that generates coherent 473 nm radiation when pumped by a 450 nm blue laser diode array to generate 59.1 nm radiation using a frequency doubling crystal in external cavity, but does not allow propagation of radiation with a short wavelength through the optical fiber.
47. Система по п. 21, причем рамановский преобразователь содержит некруговую внешнюю сердцевину, структурированную для повышения эффективности рамановского преобразования.47. The system of claim 21, wherein the Raman transformer comprises a non-circular outer core structured to improve the efficiency of the Raman transform.
48. Лазерная система для выполнения лазерных операций, содержащая:48. Laser system for performing laser operations, comprising:
a. по меньшей мере три модуля лазерных диодов; при этомa. at least three laser diode modules; wherein
b. каждый из упомянутых по меньшей мере трех модулей лазерных диодов содержит по меньшей мере десять лазерных диодов, при этом каждый из упомянутых по меньшей мере десяти лазерных диодов способен выдавать синий лазерный пучок, имеющий мощность по меньшей мере примерно 2 Вт и произведение параметров пучка ниже 8 мм⋅мрад, по траектории лазерного пучка, при этом траектория каждого лазерного пучка является практически параллельной, в результате чего задается пространство между лазерными пучками, распространяющимися по траекториям лазерных пучков;b. each of said at least three laser diode modules contains at least ten laser diodes, wherein each of said at least ten laser diodes is capable of delivering a blue laser beam having a power of at least about 2 W and a product of beam parameters below 8 mm ⋅mrad, along the trajectory of the laser beam, while the trajectory of each laser beam is practically parallel, as a result of which the space between the laser beams propagating along the trajectories of the laser beams is set;
c. средство пространственного совмещения и сохранения яркости синих лазерных пучков, расположенное на всех из упомянутых по меньшей мере тридцати траекторий лазерных пучков, при этом средство пространственного совмещения и сохранения яркости содержит коллимирующую оптику по первой оси лазерного пучка, вертикальную матрицу призм по второй оси лазерного пучка и телескопическое устройство, в результате чего средство пространственного совмещения и сохранения заполняет пространство между лазерными пучками лазерной энергией, вследствие чего выдается совмещенный лазерный пучок мощностью по меньшей мере примерно 600 Вт и с произведением параметров пучка ниже 40 мм⋅мрад.c. means for spatial alignment and preservation of brightness of blue laser beams located on all of the mentioned at least thirty trajectories of laser beams, while the means for spatial alignment and preservation of brightness comprises collimating optics along the first axis of the laser beam, a vertical array of prisms along the second axis of the laser beam and a telescopic a device, as a result of which the spatial alignment and preservation means fills the space between the laser beams with laser energy, as a result of which the aligned laser beam is emitted with a power of at least about 600 W and the product of the beam parameters below 40 mmmrad.
49. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей, содержащая: по меньшей мере три лазерные системы по п. 48, при этом каждая из упомянутых по меньшей мере трех лазерных систем выполнена с возможностью ввода каждого из ее совмещенных лазерных пучков в одно оптическое волокно, в результате чего каждый из упомянутых по меньшей мере трех совмещенных лазерных пучков способен проходить по связанному с ним оптическому волокну; упомянутые по меньшей мере три оптических волокна в оптической связи с лазерной головкой; и систему управления; при этом система управления содержит программу, имеющую заданную последовательность для доставки каждого из совмещенных лазерных пучков на заданное местоположение на целевом материале.49. A laser processing system with an addressable matrix, comprising: at least three laser systems according to claim 48, wherein each of said at least three laser systems is configured to input each of its aligned laser beams into one optical fiber, as a result whereby each of said at least three aligned laser beams is capable of passing through an optical fiber associated with it; said at least three optical fibers in optical communication with the laser head; and control system; the control system contains a program having a predetermined sequence for delivering each of the aligned laser beams to a predetermined location on the target material.
50. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 49, причем заданная последовательность для доставки содержит отдельное включение и выключение лазерных пучков из лазерной головки, вследствие чего происходит отображение на слой порошка для плавления и сплавления целевого материала, содержащего порошок, в деталь.50. The addressable matrix laser processing system of claim 49, wherein the predetermined delivery sequence comprises separately turning on and off laser beams from the laser head, thereby mapping onto the powder layer to melt and fuse the target material containing the powder into the part.
51. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 49, причем волокна в лазерной головке сконфигурированы в структуру, выбранную из группы, состоящей из линейной, нелинейной, круговой, ромбовидной, квадратной, треугольной и гексагональной.51. An addressable matrix laser processing system according to claim 49, wherein the fibers in the laser head are configured in a structure selected from the group consisting of linear, nonlinear, circular, diamond, square, triangular, and hexagonal.
52. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 49, причем волокна в лазерной головке сконфигурированы в структуру, выбранную из группы, состоящей из 2×5, 5×2, 4×5, по меньшей мере 5 на по меньшей 5, 10×5, 5×10 и 3×4.52. An addressable matrix laser processing system according to claim 49, wherein the fibers in the laser head are configured in a structure selected from the group consisting of 2 × 5, 5 × 2, 4 × 5, at least 5 on at least 5, 10 × 5, 5 × 10 and 3 × 4.
53. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 49, причем целевой материал содержит слой порошка; и содержащая систему перемещения по x-y, способную транспортировать лазерную головку вдоль слоя порошка, благодаря чему осуществляются плавление и сплавление слоя порошка; и систему подачи порошка, расположенную позади лазерного источника, для обеспечения слоя свежего порошка позади сплавленного слоя.53. An addressable matrix laser processing system according to claim 49, wherein the target material comprises a layer of powder; and containing an x-y movement system capable of transporting the laser head along the layer of powder, thereby melting and fusing the layer of powder; and a powder supply system located behind the laser source to provide a layer of fresh powder behind the fused layer.
54. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 53, содержащая систему перемещения по z, способную транспортировать лазерную головку с увеличением и уменьшением высоты лазерной головки над поверхностью слоя порошка.54. An addressable matrix laser processing system according to claim 53, comprising a z-motion system capable of transporting the laser head with increasing and decreasing the height of the laser head above the surface of the powder layer.
55. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 53, содержащая: двунаправленное устройство размещения порошка, способное помещать порошок непосредственно позади подводимого лазерного пучка по мере того, как оно перемещается в положительном направлении x или отрицательном направлении x.55. The addressable matrix laser processing system of claim 53, comprising: a bi-directional powder placement device capable of placing powder directly behind the supplied laser beam as it travels in the positive x direction or negative x direction.
56. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 53, содержащая систему подачи порошка, которая коаксиальна со множеством траекторий лазерных пучков.56. The addressable matrix laser processing system of claim 53, comprising a powder delivery system that is coaxial with a plurality of laser beam paths.
57. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 53, содержащая систему подачи порошка самотеком.57. An addressable matrix laser processing system according to claim 53, comprising a gravity feed powder system.
58. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 53, содержащая систему подачи порошка, причем порошок увлекается потоком инертного газа.58. An addressable matrix laser processing system according to claim 53, comprising a powder delivery system, wherein the powder is entrained in an inert gas flow.
59. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 53, содержащая систему подачи порошка, которая расположена поперек N лазерных пучков, где N≥1, и порошок помещается самотеком впереди лазерных пучков.59. An addressable matrix laser processing system according to claim 53, comprising a powder supply system that is located across the N laser beams, where N ≥ 1, and the powder is placed by gravity in front of the laser beams.
60. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 53, содержащая систему подачи порошка, которая расположена поперек N лазерных пучков, где N≥1, и порошок увлекается потоком инертного газа, который пересекает лазерные пучки.60. An addressable matrix laser processing system according to claim 53, comprising a powder supply system that is located across the N laser beams, where N> 1, and the powder is entrained by an inert gas flow that crosses the laser beams.
61. Способ обеспечения совмещенного синего лазерного пучка, имеющего высокую яркость, при этом способ содержит: функционирование множества лазеров с рамановским преобразованием для выдачи множества отдельных синих лазерных пучков и совмещение отдельных синих лазерных пучков для создания источника с более высокой мощностью при сохранении пространственной яркости исходного источника; при этом отдельные лазерные пучки из упомянутого множества имеют различные длины волн.61. A method of providing an aligned blue laser beam having high brightness, the method comprising: operating a plurality of Raman conversion lasers to emit a plurality of individual blue laser beams and aligning individual blue laser beams to create a source with a higher power while maintaining the spatial brightness of the original source ; wherein the individual laser beams from said plurality have different wavelengths.
62. Способ лазерной обработки целевого материала, содержащий: функционирование лазерной системы обработки с адресуемой матрицей, содержащей по меньшей мере три лазерные системы по п. 1, для генерации трех отдельных совмещенных лазерных пучков в три отдельных оптических волокна; прохождение каждого совмещенного лазерного пучка по его оптическому волокну к лазерной головке; и направление в заданной последовательности трех отдельных совмещенных лазерных пучков от лазерной головки на заданное местоположение на целевом материале.62. A method for laser processing of a target material, comprising: the operation of a laser processing system with an addressable matrix containing at least three laser systems according to claim 1, to generate three separate aligned laser beams into three separate optical fibers; passing each aligned laser beam along its optical fiber to the laser head; and directing, in a predetermined sequence, three separate aligned laser beams from the laser head to a predetermined location on the target material.

Claims (16)

1. Лазерная система для выполнения лазерных операций, содержащая:1. Laser system for performing laser operations, containing:
a) по меньшей мере три модуля лазерных диодов, при этомa) at least three laser diode modules, with
b) каждый из упомянутых по меньшей мере трех модулей лазерных диодов содержит по меньшей мере десять лазерных диодов, при этом каждый из упомянутых по меньшей мере десяти лазерных диодов способен выдавать синий лазерный пучок, имеющий мощность по меньшей мере примерно 2 Вт и произведение параметров пучка ниже 8 мм⋅мрад, по траектории лазерного пучка, при этом траектория каждого лазерного пучка является практически параллельной, в результате чего задается пространство между лазерными пучками, распространяющимися по траекториям лазерных пучков;b) each of said at least three laser diode modules comprises at least ten laser diodes, wherein each of said at least ten laser diodes is capable of delivering a blue laser beam having a power of at least about 2 W and a product of the beam parameters below 8 mm⋅mrad, along the trajectory of the laser beam, while the trajectory of each laser beam is practically parallel, as a result of which the space between the laser beams propagating along the trajectories of the laser beams is set;
c) средство пространственного совмещения и сохранения яркости синих лазерных пучков, расположенное на всех из упомянутых по меньшей мере тридцати траекторий лазерных пучков, при этом средство пространственного совмещения и сохранения яркости содержит коллимирующую оптику по первой оси лазерного пучка, вертикальную матрицу призм по второй оси лазерного пучка и телескопическое устройство, в результате чего средство пространственного совмещения и сохранения заполняет пространство между лазерными пучками лазерной энергией, вследствие чего выдается совмещенный лазерный пучок мощностью по меньшей мере примерно 600 Вт и с произведением параметров пучка ниже 40 мм⋅мрад.c) means for spatial alignment and preservation of the brightness of blue laser beams, located on all of the mentioned at least thirty trajectories of laser beams, wherein the means for spatial alignment and preservation of brightness comprises collimating optics along the first axis of the laser beam, a vertical array of prisms along the second axis of the laser beam and a telescopic device, whereby the spatial alignment and preservation means fills the space between the laser beams with laser energy, thereby delivering the aligned laser beam with a power of at least about 600 W and the product of the beam parameters below 40 mm⋅mrad.
2. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей, содержащая по меньшей мере три лазерные системы по п. 1, при этом каждая из упомянутых по меньшей мере трех лазерных систем выполнена с возможностью ввода каждого из ее совмещенных лазерных пучков в одно оптическое волокно, в результате чего каждый из упомянутых по меньшей мере трех совмещенных лазерных пучков способен проходить по связанному с ним оптическому волокну, упомянутые по меньшей мере три оптических волокна в оптической связи с лазерной головкой и систему управления, при этом система управления содержит программу, имеющую заданную последовательность для доставки каждого из совмещенных лазерных пучков на заданное местоположение на целевом материале.2. A laser processing system with an addressable matrix, containing at least three laser systems according to claim 1, each of the said at least three laser systems is configured to input each of its aligned laser beams into one optical fiber, resulting in each of said at least three aligned laser beams is capable of passing through an associated optical fiber, said at least three optical fibers in optical communication with the laser head and a control system, wherein the control system comprises a program having a predetermined sequence for delivering each of aligned laser beams to a given location on the target material.
3. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 2, причем заданная последовательность для доставки содержит отдельное включение и выключение лазерных пучков из лазерной головки, вследствие чего происходит отображение на слой порошка для плавления и сплавления целевого материала, содержащего порошок, в деталь.3. An addressable matrix laser processing system according to claim 2, wherein the predetermined delivery sequence comprises separately turning on and off the laser beams from the laser head, thereby mapping onto the powder layer to melt and fuse the target material containing the powder into the part.
4. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 2, причем волокна в лазерной головке сконфигурированы в структуру, выбранную из группы, состоящей из линейной, нелинейной, круговой, ромбовидной, квадратной, треугольной и гексагональной.4. An addressable matrix laser processing system according to claim 2, wherein the fibers in the laser head are configured in a structure selected from the group consisting of linear, nonlinear, circular, diamond, square, triangular, and hexagonal.
5. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 2, причем волокна в лазерной головке сконфигурированы в структуру, выбранную из группы, состоящей из 2×5, 5×2, 4×5, по меньшей мере 5 на по меньшей мере 5, 10×5, 5×10 и 3×4.5. An addressable matrix laser processing system according to claim 2, wherein the fibers in the laser head are configured in a structure selected from the group consisting of 2 × 5, 5 × 2, 4 × 5, at least 5 by at least 5, 10 × 5, 5 × 10 and 3 × 4.
6. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 2, причем целевой материал содержит слой порошка, содержащая систему перемещения по x-y, способную транспортировать лазерную головку вдоль слоя порошка, благодаря чему осуществляются плавление и сплавление слоя порошка, и систему подачи порошка, расположенную позади лазерного источника, для обеспечения слоя свежего порошка позади сплавленного слоя.6. An addressable matrix laser processing system according to claim 2, wherein the target material comprises a powder layer comprising an xy displacement system capable of transporting the laser head along the powder layer, thereby melting and fusing the powder layer, and a powder supply system located behind laser source to provide a layer of fresh powder behind the fused layer.
7. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 6, содержащая систему перемещения по z, способную транспортировать лазерную головку с увеличением и уменьшением высоты лазерной головки над поверхностью слоя порошка.7. An addressable matrix laser processing system according to claim 6, comprising a z-motion system capable of transporting the laser head with increasing and decreasing the height of the laser head above the surface of the powder layer.
8. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 6, содержащая двунаправленное устройство размещения порошка, способное помещать порошок непосредственно позади подводимого лазерного пучка по мере того, как оно перемещается в положительном направлении x или отрицательном направлении x.8. The addressable matrix laser processing system of claim 6, comprising a bi-directional powder dispenser capable of placing powder directly behind the supplied laser beam as it travels in the positive x direction or negative x direction.
9. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 6, содержащая систему подачи порошка, которая коаксиальна со множеством траекторий лазерных пучков.9. The addressable matrix laser processing system of claim 6, comprising a powder delivery system that is coaxial with a plurality of laser beam paths.
10. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 6, содержащая систему подачи порошка самотеком.10. An addressable matrix laser processing system according to claim 6, comprising a gravity feed powder system.
11. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 6, содержащая систему подачи порошка, причем порошок увлекается потоком инертного газа.11. An addressable matrix laser processing system according to claim 6, comprising a powder supply system, wherein the powder is entrained in a flow of inert gas.
12. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 6, содержащая систему подачи порошка, которая расположена поперек N лазерных пучков, где N≥1, и порошок помещается самотеком впереди лазерных пучков.12. An addressable matrix laser processing system according to claim 6, comprising a powder supply system that is located across N laser beams, where N ≥ 1, and the powder is placed by gravity in front of the laser beams.
13. Система лазерной обработки с адресуемой матрицей по п. 6, содержащая систему подачи порошка, которая расположена поперек N лазерных пучков, где N≥1, и порошок увлекается потоком инертного газа, который пересекает лазерные пучки.13. An addressable matrix laser processing system according to claim 6, comprising a powder supply system that is located across N laser beams, where N≥1, and the powder is entrained by an inert gas flow that crosses the laser beams.
RU2020111447A 2015-07-15 2016-07-14 Applications, methods and systems for delivering laser radiation of addressed matrix RU2735581C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562193047P true 2015-07-15 2015-07-15
US62/193,047 2015-07-15

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018105599A Division RU2719337C2 (en) 2015-07-15 2016-07-14 Applications, methods and systems for delivering laser radiation of addressed matrix

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020111447A RU2020111447A (en) 2020-04-22
RU2020111447A3 RU2020111447A3 (en) 2020-10-02
RU2735581C2 true RU2735581C2 (en) 2020-11-03

Family

ID=57757621

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018105599A RU2719337C2 (en) 2015-07-15 2016-07-14 Applications, methods and systems for delivering laser radiation of addressed matrix
RU2020111447A RU2735581C2 (en) 2015-07-15 2016-07-14 Applications, methods and systems for delivering laser radiation of addressed matrix

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018105599A RU2719337C2 (en) 2015-07-15 2016-07-14 Applications, methods and systems for delivering laser radiation of addressed matrix

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP3323179A4 (en)
JP (2) JP2018530768A (en)
KR (1) KR20180030588A (en)
CN (2) CN107851970B (en)
CA (1) CA2992464A1 (en)
RU (2) RU2719337C2 (en)
WO (1) WO2017011706A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020523793A (en) * 2017-06-13 2020-08-06 ヌブル インク Ultra-dense wavelength beam-coupled laser system
CN111694160A (en) * 2019-03-13 2020-09-22 深圳市联赢激光股份有限公司 Laser light source device
WO2021024890A1 (en) * 2019-08-02 2021-02-11 ウシオ電機株式会社 Broadband pulsed light source device, spectrometry device, spectrometry method, and spectroscopic analysis method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040027631A1 (en) * 2002-07-10 2004-02-12 Fuji Photo Film Co., Ltd. Laser apparatus in which laser diodes and corresponding collimator lenses are fixed to block, and fiber module in which laser apparatus is coupled to optical fiber
US20130028276A1 (en) * 2011-03-10 2013-01-31 Coherent, Inc. High-power cw fiber-laser
US8724222B2 (en) * 2010-10-31 2014-05-13 TeraDiode, Inc. Compact interdependent optical element wavelength beam combining laser system and method

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5729568A (en) * 1993-01-22 1998-03-17 Deutsche Forschungsanstalt Fuer Luft-Und Raumfahrt E.V. Power-controlled, fractal laser system
WO1997031284A1 (en) * 1996-02-23 1997-08-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Arrangement for shaping the geometrical cross-section of a plurality of solid and/or semiconductor lasers
US5864644A (en) * 1997-07-21 1999-01-26 Lucent Technologies Inc. Tapered fiber bundles for coupling light into and out of cladding-pumped fiber devices
JP3831082B2 (en) * 1997-08-27 2006-10-11 浜松ホトニクス株式会社 Concentrator
US5987043A (en) * 1997-11-12 1999-11-16 Opto Power Corp. Laser diode arrays with offset components
US6222973B1 (en) * 1999-01-15 2001-04-24 D-Star Technologies, Inc. Fabrication of refractive index patterns in optical fibers having protective optical coatings
US6975659B2 (en) * 2001-09-10 2005-12-13 Fuji Photo Film Co., Ltd. Laser diode array, laser device, wave-coupling laser source, and exposure device
JP2003080604A (en) * 2001-09-10 2003-03-19 Fuji Photo Film Co Ltd Laminate shaping apparatus
JP2003158332A (en) * 2001-09-10 2003-05-30 Fuji Photo Film Co Ltd Laser diode array, laser apparatus, synthesized wave laser light source, and light exposure apparatus
US6714581B2 (en) * 2001-10-01 2004-03-30 Christopher J. Corcoran Compact phase locked laser array and related techniques
US7006549B2 (en) * 2003-06-11 2006-02-28 Coherent, Inc. Apparatus for reducing spacing of beams delivered by stacked diode-laser bars
US20070195850A1 (en) * 2004-06-01 2007-08-23 Trumpf Photonics Inc. Diode laser array stack
JP2007103704A (en) * 2005-10-05 2007-04-19 Nichia Chem Ind Ltd Light emitting device, laser display and endoscope
FR2893872B1 (en) * 2005-11-25 2008-10-17 Air Liquide CUTTING PROCESS WITH FIBER STEEL LASER C-MN
JP2007317871A (en) * 2006-05-25 2007-12-06 Sony Corp Laser apparatus
US7515346B2 (en) * 2006-07-18 2009-04-07 Coherent, Inc. High power and high brightness diode-laser array for material processing applications
US20090122272A1 (en) * 2007-11-09 2009-05-14 Silverstein Barry D Projection apparatus using solid-state light source array
WO2010053911A2 (en) * 2008-11-04 2010-05-14 Massachusetts Institute Of Technology External-cavity one-dimensional multi-wavelength beam combining of two-dimensional laser elements
JP5375532B2 (en) * 2009-11-11 2013-12-25 コニカミノルタ株式会社 Integrated light source, projector apparatus, and mobile device
US20130162952A1 (en) * 2010-12-07 2013-06-27 Laser Light Engines, Inc. Multiple Laser Projection System
DE112011100812T5 (en) * 2010-03-05 2013-03-07 TeraDiode, Inc. System and method for wavelength beam combination
US20110305250A1 (en) * 2010-03-05 2011-12-15 TeraDiode, Inc. Wavelength beam combining based pulsed lasers
CN102468602A (en) * 2010-11-17 2012-05-23 北京中视中科光电技术有限公司 Semiconductor laser source
US9025635B2 (en) * 2011-01-24 2015-05-05 Soraa Laser Diode, Inc. Laser package having multiple emitters configured on a support member
US8824513B2 (en) * 2011-06-14 2014-09-02 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Method for beam combination by seeding stimulated brillouin scattering in optical fiber
DE102012100233B4 (en) * 2012-01-12 2014-05-15 Schott Ag Highly solar-resistant high-transmission glasses, their use and process for their preparation
JP5764152B2 (en) * 2013-02-13 2015-08-12 株式会社フジクラ Semiconductor laser device
US10940536B2 (en) * 2013-04-29 2021-03-09 Nuburu, Inc. Devices, systems and methods for three-dimensional printing
US9306369B2 (en) * 2013-11-22 2016-04-05 Trumpf Laser Gmbh Wavelength selective external resonator and beam combining system for dense wavelength beam combining laser

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040027631A1 (en) * 2002-07-10 2004-02-12 Fuji Photo Film Co., Ltd. Laser apparatus in which laser diodes and corresponding collimator lenses are fixed to block, and fiber module in which laser apparatus is coupled to optical fiber
US8724222B2 (en) * 2010-10-31 2014-05-13 TeraDiode, Inc. Compact interdependent optical element wavelength beam combining laser system and method
US20130028276A1 (en) * 2011-03-10 2013-01-31 Coherent, Inc. High-power cw fiber-laser

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017011706A1 (en) 2017-01-19
EP3323179A1 (en) 2018-05-23
CN113067252A (en) 2021-07-02
RU2018105599A3 (en) 2019-08-15
EP3323179A4 (en) 2019-06-19
CN107851970A (en) 2018-03-27
RU2020111447A3 (en) 2020-10-02
RU2020111447A (en) 2020-04-22
JP2021073681A (en) 2021-05-13
CN107851970B (en) 2021-04-27
KR20180030588A (en) 2018-03-23
JP2018530768A (en) 2018-10-18
CA2992464A1 (en) 2017-01-19
RU2018105599A (en) 2019-08-15
RU2719337C2 (en) 2020-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10971896B2 (en) Applications, methods and systems for a laser deliver addressable array
US10153608B2 (en) Spectrally multiplexing diode pump modules to improve brightness
RU2735581C2 (en) Applications, methods and systems for delivering laser radiation of addressed matrix
US9917416B2 (en) Semiconductor laser oscillator
KR20160003778A (en) Devices, systems, and methods for three-dimensional printing
KR100825701B1 (en) Laser annealing apparatus
US7817693B2 (en) Method and a laser device for producing high optical power density
US20110103409A1 (en) System and Method for Generating Intense Laser Light from Laser Diode Arrays
US20060280209A1 (en) Beam combining methods and devices with high output intensity
CN102208753A (en) External cavity semiconductor laser with multi-wavelength combination
CN105340140B (en) Laser aid
US20200086388A1 (en) Additive Manufacturing System with Addressable Array of Lasers and Real Time Feedback Control of each Source
JP6143940B2 (en) Apparatus for generating a laser beam having a linear intensity distribution
WO2016203998A1 (en) Laser unit and laser device
RU2710819C2 (en) Applications, methods and systems for processing materials using visible-range raman laser
KR20210058858A (en) Additive manufacturing system with addressable laser array and real-time feedback control for each source
JP2006024860A (en) Laser irradiation apparatus and method of adjusting lens during laser irradiation
Wang et al. Kilowatt line beam from a 905nm pulsed diode laser module for LiDAR applications
US10811834B2 (en) Laser beam generation apparatus, laser machining device, and laser machining method
DE102019110189A1 (en) SEMICONDUCTOR LASER AND MATERIAL PROCESSING METHODS WITH A SEMICONDUCTOR LASER
WO2017090497A1 (en) Laser beam generation apparatus, laser machining device, and laser machining method
JP2018157105A (en) Laser light generating apparatus, laser processing machine, and manufacturing method of worked article
Goering et al. Integration of high power laser diodes with microoptical components in a compact pumping source for visible fiber laser