SK9114Y1 - Laser head with limited deflection during temperature changes - Google Patents
Laser head with limited deflection during temperature changes Download PDFInfo
- Publication number
- SK9114Y1 SK9114Y1 SK99-2019U SK992019U SK9114Y1 SK 9114 Y1 SK9114 Y1 SK 9114Y1 SK 992019 U SK992019 U SK 992019U SK 9114 Y1 SK9114 Y1 SK 9114Y1
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- laser head
- wall
- temperature changes
- during temperature
- laser
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Oblasť technikyTechnical field
Technické riešenie sa týka konštrukcie laserových hlavíc s rezonátorom pevne spojeným s telesom hlavice použitých v systémoch, ktoiých pracovná teplota sa môže významne a lýchlo meniť. Tieto zmeny teploty môžu byť vyvolané vonkajšími vplyvmi, keď systém so „skladovacou“ teplotou musí náhle pracovať v prostredí s významne odlišnou teplotou alebo vnútornými vplyvmi, keď nastáva ohrev laserovej hlavice odpadovým teplom pri intenzívnej práci lasera. Technické riešenie patrí do oblasti laserovej techniky.The technical solution relates to the construction of laser heads with a resonator firmly connected to the head body used in systems whose operating temperature can change significantly and rapidly. These temperature changes can be caused by external influences, when the "storage" temperature system must suddenly operate in an environment with significantly different temperatures or internal influences, when the laser head is heated by waste heat during intensive laser work. The technical solution belongs to the field of laser technology.
Doterajší stav technikyPrior art
Laserové hlavice viacerých typov laserov, napr. „TEA“ (Transversally Excited at Atmospheric pressure, sú často konštruované tak, že prenos tepla medzi hlavicou a okolím je významný iba cez časť ich povrchu. Takéto laserové hlavice totiž bývajú konštruované ako kvádre, ktoré majú dobrý tepelný kontakt s okolím iba cez jednu zo 6 stien takéhoto kvádra. Minimálne dve steny, obyčajne tri, sú totiž vybavené vysokonapäťovými priechodkami, ďalšie dve nesú prvky optického rezonátora hlavice, kde na jednej stene je polopriepustné zrkadlo a na protiľahlej stene je „totálne“ odrážajúce zrkadlo. Štyri až päť stien zo šiestich sú teda logicky vylúčené z významného prenosu tepla. Šiesta stena je cez malý tepelný odpor pripojená na chladič sprostredkujúci výmenu tepla s okolím.Laser heads of several types of lasers, e.g. "TEA" (Transversally Excited at Atmospheric pressure) are often designed so that the heat transfer between the head and the environment is significant only over part of their surface, because such laser heads are designed as blocks that have good thermal contact with the environment through only one of At least two walls, usually three, are equipped with high-voltage bushings, the other two carry elements of the optical resonator of the head, where on one wall there is a semi-transparent mirror and on the opposite wall is a "totally" reflecting mirror.Four to five walls out of six they are thus logically excluded from significant heat transfer.The sixth wall is connected via a low thermal resistance to a heat sink mediating the exchange of heat with the environment.
Za týchto okolností vzniká na hlavici tepelný spád. Tepelný odpor šiestej steny hlavice, kde spravidla je to plochou najväčšia stena proti okoliu, je malý, odpor ostatných stien je veľký. Keďže materiál hlavice má istú, často nezanedbateľnú, tepelnú rozťažnosť, dochádza k deformácii - k priehybu laserovej hlavice. Opísaný proces nemôže byť symetrický proti osi rezonátora. Keďže najjednoduchšia a z viacerých hľadísk i najvýhodnejšia konštrukcia hlavice používa prvky rezonátora priamo a pevne spojené s telesom hlavice, vedie to k rozjustovaniu zrkadiel rezonátora, keďže prestanú byť ideálne paralelné. Dôsledkom takéhoto stavu je zhoršenie parametrov alebo i zlyhanie lasera.Under these circumstances, a thermal gradient develops on the head. The thermal resistance of the sixth wall of the head, where it is usually the area of the largest wall against the surroundings, is small, the resistance of the other walls is large. As the material of the head has a certain, often non-negligible, thermal expansion, deformation occurs - the deflection of the laser head. The described process cannot be symmetrical against the resonator axis. Since the simplest and in several respects also the most advantageous design of the head uses resonator elements directly and firmly connected to the head body, this leads to the disintegration of the resonator mirrors, as they cease to be ideally parallel. The consequence of such a condition is a deterioration of parameters or even a laser failure.
Na účely zmenšenia vplyvu tepelnej dynamiky na mechanickú stabilitu optického rezonátora lasera sa naskytla tak možnosť riešiť tento problém technickými prostriedkami, ktoré sú schopné zabezpečiť stabilnejšie parametre lasera. Výsledkom tohto úsilia je ďalej opisovaná upravená konštrukcia laserovej hlavice s obmedzeným priehybom pri zmenách teploty podľa tohto technického riešenia.In order to reduce the influence of thermal dynamics on the mechanical stability of the laser optical resonator, it has thus become possible to solve this problem by technical means which are able to provide more stable laser parameters. As a result of this effort, a modified construction of the laser head with limited deflection with temperature changes according to this technical solution is further described.
Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution
Uvedené nedostatky sú do značnej miery odstraňované laserovou hlavicou s obmedzeným priehybom pri zmenách teploty podľa technického riešenia. Laserové hlavice TEA laserov, t. j. plynové lasery, sa konštruujú z materiálov, ktoré majú dobré vákuové vlastnosti a sú i dobre zvariteľné. Vhodným materiálom je napr. nehrdzavejúca oceľ. Tieto materiály však majú iba nízku tepelnú vodivosť a vysokú mernú hmotnosť. Podstata konštrukcie laserovej hlavice podľa opisovaného technického riešenia spočíva v tom, že o bočné steny spájajúce stenu s umiestnenou VN priechodkou elektród hlavného výboja s protiľahlou stenou laserovej hlavice sú teplovodivým spojom prichytené kovové doskové diely s vysokou tepelnou vodivosťou. Bočné steny laserovej hlavice prenášajú teplo medzi najteplejšou stenou s umiestnenou VN priechodkou elektród hlavného výboja a najchladnejšou protiľahlou stenou hlavice. Stena s umiestnenou VN priechodkou elektród hlavného výboja je prakticky hornou stenou. Protiľahlá stena je prakticky spodnou stenou. Kovové doskové diely majú okrem vysokej tepelnej vodivosti aj nízku mernú hmotnosť, čomu materiálovo vyhovuje napr. hliník. Kovové doskové diely majú výrazne nižšiu mernú hmotnosť, ako je materiál vlastnej laserovej hlavice. Vplyvom poveternostných a/alebo prevádzkových podmienok je možné, že pri laserovej hlavici najteplejšou bude spodná stena a najchladnejšou bude horná stena.These shortcomings are largely eliminated by a laser head with limited deflection during temperature changes according to the technical solution. Laser heads of TEA lasers, t. j. gas lasers are constructed of materials that have good vacuum properties and are also well weldable. A suitable material is e.g. stainless steel. However, these materials have only low thermal conductivity and high specific gravity. The essence of the construction of the laser head according to the described technical solution lies in the fact that metal plate parts with high thermal conductivity are attached to the side walls connecting the wall with the placed HV bushing of the main discharge electrodes to the opposite wall of the laser head. The side walls of the laser head transfer heat between the warmest wall with the HV passage of the main discharge electrodes located and the coldest opposite wall of the head. The wall with the placed HV bushing of the main discharge electrodes is practically the upper wall. The opposite wall is practically the bottom wall. In addition to high thermal conductivity, metal plate parts also have a low specific weight, which makes the material suitable, e.g. aluminum. Metal plate parts have a significantly lower specific weight than the material of the laser head itself. Due to weather and / or operating conditions, it is possible that the bottom wall will be warmest with the laser head and the top wall will be coldest.
Výhody konštrukcie laserovej hlavice podľa tohto technického riešenia sú zjavné z účinkov, ktoiými sa prejavujú navonok. Vo všeobecnosti možno konštatovať, že originalita riešenia spočíva v tom, že pri nevýznamnom zvýšení hmotnosti hlavice je možné významne zmenšiť tepelný odpor medzi najteplejšou a najchladnejšou stenou hlavice. Výsledkom je zmenšenie teplotného rozdielu medzi stenami hlavice, čo významne zmenší vplyv tepelnej dynamiky na mechanickú stabilitu optického rezonátora, a tak vedie k stabilnejším parametrom lasera.The advantages of the construction of the laser head according to this technical solution are obvious from the effects which are manifested externally. In general, it can be stated that the originality of the solution lies in the fact that with a slight increase in the weight of the head, it is possible to significantly reduce the thermal resistance between the warmest and coldest wall of the head. The result is a reduction in the temperature difference between the walls of the head, which significantly reduces the influence of thermal dynamics on the mechanical stability of the optical resonator, and thus leads to more stable laser parameters.
Prehľad obrázkov na výkresochOverview of figures in the drawings
Laserová hlavica s obmedzeným priehybom pri zmenách teploty podľa tohto technického riešenia je zobrazená na priložených výkresoch. Na obr. 1 je zobrazená samotná laserová hlavica v bočnom pohľade a v re2The laser head with limited deflection during temperature changes according to this technical solution is shown in the accompanying drawings. In FIG. 1 shows the laser head itself in a side view and in re2
SK 9114 Υ1 ze A - A. Na obr. 2 je zobrazená samotná laserová hlavica v hornom pohľade a v čelnom pohľade.SK 9114 Υ1 from A - A. In fig. 2 shows the laser head itself in a top view and in a front view.
Príklady uskutočneniaExamples of embodiments
Jednotlivé uskutočnenia podľa technického riešenia sú predstavované na ilustráciu a nie ako obmedzenia technických riešení. Odborníci poznajúci stav techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia. Aj takéto ekvivalenty budú patriť do rozsahu nárokov na ochranu.The individual embodiments according to the technical solution are presented for illustration and not as limitations of technical solutions. Those skilled in the art will find, or be able to ascertain using no more than routine experimentation, many equivalents to specific embodiments of the invention. Such equivalents will also fall within the scope of the protection claims.
Odborníkom poznajúcim stav techniky nemôže robiť problém optimálny návrh konštrukcie a výber jej prvkov, preto tieto znaky neboli detailne riešené.The optimal design of the structure and the selection of its elements cannot be a problem for those skilled in the art, therefore these features have not been addressed in detail.
Príklad 1Example 1
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaná konštrukcia hlavice TEA CO2 lasera v tvare kvádra vyrobenej z nehrdzavejúcej ocele, ako je znázornená na obr. 1 a 2. Laserová hlavica TEA CO2 lasera má prednú stenu 5 a zadnú stenu 6, ktoré nesú rezonátorové zrkadlá 7. Hore má laserová hlavica stenu 2 s umiestnenou VN priechodkou 8 elektród hlavného výboja a dole má laserová hlavica protiľahlú stenu 3, cez ktorú sa z hlavice odvádza teplo. Ľavá a pravá bočná stena 1 nesú VN priechodky 8 predionizátorov. Tepelný spád, ktoiý deformuje laserovú hlavicu, vzniká medzi najteplejšou stenou 2 s umiestnenou VN priechodkou 8 elektród hlavného výboja a najchladnejšou protiľahlou stenou 3, v dôsledku čoho sa rozlad’uje rezonátor. Tento tepelný spád - rozdiel teplôt je však významne obmedzovaný tak, že medzi najteplejšiu stenu 2 s umiestnenou VN priechodkou 8 elektród hlavného výboja a najchladnejšiu protiľahlú stenu 3 laserovej hlavice sa zaraďujú kovové doskové diely 4 s vysokou tepelnou vodivosťou a nízkou mernou hmotnosťou, materiálovo vyhovuje hliník, prichytenými teplovodivým spojom o bočné steny 1 spájajúce stenu 2 s umiestnenou VN priechodkou 8 elektród hlavného výboja a protiľahlú stenu 3 laserovej hlavice.In this example of a specific embodiment of the subject of the technical solution, the construction of the TEA CO2 laser head in the shape of a block made of stainless steel is described, as shown in FIG. 1 and 2. The laser head of the TEA CO2 laser has a front wall 5 and a rear wall 6, which carry resonator mirrors 7. At the top, the laser head has a wall 2 with a HV main bushing 8 of the main discharge electrodes and at the bottom dissipates heat from the head. The left and right side walls 1 carry the HV bushings 8 of the predionizers. The thermal gradient which deforms the laser head arises between the warmest wall 2 with the HV passage 8 of the main discharge electrodes located and the coldest opposite wall 3, as a result of which the resonator is detuned. However, this thermal gradient is significantly limited so that between the warmest wall 2 with the HV passage 8 of the main discharge electrodes and the coldest opposite wall 3 of the laser head, metal plate parts 4 with high thermal conductivity and low specific weight are placed, the material is aluminum , attached by a thermally conductive connection to the side walls 1 connecting the wall 2 with the located HV bushing 8 of the main discharge electrodes and the opposite wall 3 of the laser head.
Alternatívne, vplyvom poveternostných a/alebo prevádzkových podmienok je možné, že pri laserovej hlavici môžu byť orientačne (horná stena a dolná stena) zamenené.Alternatively, due to weather and / or operating conditions, it is possible that they can be interchanged with the laser head (top wall and bottom wall).
Priemyselná využiteľnosťIndustrial applicability
Laserová hlavica s obmedzeným priehybom pri zmenách teploty je využiteľná v aplikáciách laserovej techniky.The laser head with limited deflection during temperature changes can be used in applications of laser technology.
Claims (2)
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK99-2019U SK9114Y1 (en) | 2019-07-03 | 2019-07-03 | Laser head with limited deflection during temperature changes |
EP20736484.5A EP3954004B1 (en) | 2019-07-03 | 2020-06-24 | Method for limiting the deflection of a laser beam from a laser head during temperature changes and a laser head |
US17/613,828 US20220239050A1 (en) | 2019-07-03 | 2020-06-24 | Method for limiting the deflection of a laser head during temperature changes and a laser head |
JP2021569104A JP2022539491A (en) | 2019-07-03 | 2020-06-24 | Method and laser head for limiting deflection of a laser beam from a laser head during temperature changes |
PCT/SK2020/000004 WO2021002807A1 (en) | 2019-07-03 | 2020-06-24 | Method for limiting the deflection of a laser beam from a laser head during temperature changes and a laser head |
AU2020299104A AU2020299104A1 (en) | 2019-07-03 | 2020-06-24 | Method for limiting the deflection of a laser beam from a laser head during temperature changes and a laser head |
CA3140995A CA3140995A1 (en) | 2019-07-03 | 2020-06-24 | Method for limiting the deflection of a laser beam from a laser head during temperature changes and a laser head |
KR1020217039288A KR20220022124A (en) | 2019-07-03 | 2020-06-24 | Method and laser head for limiting deflection of laser head during temperature change |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK99-2019U SK9114Y1 (en) | 2019-07-03 | 2019-07-03 | Laser head with limited deflection during temperature changes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SK992019U1 SK992019U1 (en) | 2020-11-03 |
SK9114Y1 true SK9114Y1 (en) | 2021-04-14 |
Family
ID=73014064
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SK99-2019U SK9114Y1 (en) | 2019-07-03 | 2019-07-03 | Laser head with limited deflection during temperature changes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SK (1) | SK9114Y1 (en) |
-
2019
- 2019-07-03 SK SK99-2019U patent/SK9114Y1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SK992019U1 (en) | 2020-11-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10510930B2 (en) | Light emitting device | |
JP7186345B2 (en) | Semiconductor laser device | |
US7660335B2 (en) | Liquid cooled laser bar arrays incorporating diamond/copper expansion matched materials | |
WO2012050132A1 (en) | Semiconductor laser device | |
CN102255238B (en) | Packaging structure of semiconductor laser device and application device thereof | |
WO2011111328A1 (en) | Semiconductor laser apparatus | |
SK9114Y1 (en) | Laser head with limited deflection during temperature changes | |
US20220209499A1 (en) | Laser device | |
US20180375285A1 (en) | Diode laser with housing | |
SK782019A3 (en) | Laser head with limited deflection during temperature changes | |
JP2011253735A (en) | Battery pack and vehicle | |
US20220239050A1 (en) | Method for limiting the deflection of a laser head during temperature changes and a laser head | |
CN102544994B (en) | Heat sink device | |
JP2020136131A (en) | fuse | |
US9008137B1 (en) | Method and apparatus for compact and efficient introduction of high radiant power into an optical fiber | |
US20090039502A1 (en) | Heatsink and semiconductor device with heatsink | |
CN115425501A (en) | Detachable micro-channel semiconductor bar fiber laser module and packaging method thereof | |
CN213840569U (en) | Light source module | |
JP2007067271A (en) | Laser module | |
US4759027A (en) | Gas laser | |
CN112802812A (en) | Heat sink and semiconductor device | |
US11776878B2 (en) | Power electronics system with a switching device and a liquid cooling device | |
CN218549070U (en) | Laser and output power correcting device thereof | |
JP2012089585A (en) | Semiconductor laser apparatus | |
CN108369986A (en) | LED illumination module |