Автор Тема: Импульсный наносекундный твердотельный лазер  (Прочитано 10063 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн Chief13

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +4/-0
ingener21,

1. Про расходимость я написал к тому, что, указав диаметр в фокусе, вы не указали величину самого фокуса, и что требования к системам в с разными фокусами при одинаковых требованиях фокальному пятну соответственно могут существенно отличаться. Тут просто не понятно, что Вы хотите. К примеру, дифракционный предел для фокального пятна на расстоянии 1 м для апертуры 5 мм будет  0,5 мм, а на 250 мм с 50 мм апертурой 0,0125 мм. Тут как ни крутись,а волновую природу света не обманешь.


2. Купить готовый лазер или лазерную систему, если подходящая есть на рынке, ВСЕГДА дешевле, чем делать ее самому.

3. Лазерные диоды очень прихотливы к параметрам токовых импульсов. Эффективное соотношение цена/энергия  будет при максимальном использовании возможности диодов. При этом, если Вы хотя бы в одном импульсе (не весь импульс, а только выброс) проскочит превышение допустимого значения, получите оптический пробой зеркал диодов, и можете покупать еще одну линейку. Если Вы сможете обеспечить импульс хотя бы как на картинке, то можете попробовать.

4. Синхронизация электрооптики оптимальна по заднему фронту импульса накачки. Высоковольтный импульс с фронтом 1-2 мкс и хорошей полкой 10-20 мкс.

5. Самое главное, Вам нужно определится конкретно что Вы хотите. Простое масштабирование тут редко когда работает. Не понятно нужна ли Вам временная стабильность диаграммы в пределах ваших 0,02-0,04 мм.

6. "Плюс месяц-другой работы коллектива". Это только помакетировать на оптическом столе. С оптимизацией параметров и конструкции, изготовлении железа- год, если пошли в нужном направлении.

7. Вместо стабилизации температуры основания, лучше развяжите по теплу Квантрон с радиатором от остальной оптической системы.

8. Мой отдел серийно выпускает для МИГ и СУ, дальномеры и подсветчики на Nd:YAG с диодной накачкой и воздушным охлаждением. Режим 100 мДж 20Гц. 15 нс на длине волны 1,064 + параметрический генератор на 1,57 мкм. Сборка и настройка происходит в помещениях класса чистоты не хуже 6-го.

9. При 10 нс и 10 мДж, мощность получается 1 МВт, пыль пригарает к покрытиям оптических элементов, покрытие деградирует, ресурс резко сокращается. Металлические покрытия улетают после первого импульса.

10. Про стоимость я писал на нормальную (из приличной оптики и соответствующей механики) комплектацию в штучном экземпляре и приличный (не серийный) лабораторный блок питания и управления, который позволит подобрать оптимальный режим работы. Может выйти и дороже.

11. Безопасность. Пара защитных очков будет стоить порядка 15 000 р. Не дай Бог Вам словить какой-либо блик.

« Последнее редактирование: 16 Январь 2014, 12:37:36 от Chief13 »

Оффлайн Chief13

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +4/-0
Перед новый годом делал запрос на волоконный лазерный гравер 20 W.
Пришло коммерческое предложение на 1'600'000 р., с доп. комплектацией 2 с лишним.

Оффлайн ingener21

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 27
  • Репутация: +1/-0
Охотник, не надо принимать на свой счет, я точно никого не хотел обидеть. Это я в целом о ситуации.
Аутсайд в том, что за те деньги, которые в России мне может быть дадут потрать на настольный едва работающий макет китайские товарищи готовы прислать работающий комплекс.
20-50Вт СО2-граверы у них есть даже дешевле 2000$.
Параметры импульса и конструктивная схема на неодимовые лазеры действительно не приводятся, однако если посмотреть фото (коих там огромное количество), то можно заметить диодные квантроны Sino-Laser, я на них ссылку давал. Самый популярный размер 50Вт, 75Вт, 100Вт. Если лазер гравирует металл, то весьма велика вероятность того, что есть модуляция добротности и импульс точно не 200мкс.
А китайский гравер (по китайским ценам в $) действительно обойдется дешевле чем электрооптический затвор в комплекте с блоком управления (купленный в России). Вот такие парадоксы рыночной экономики.

Оффлайн ingener21

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 27
  • Репутация: +1/-0
Chief13, спасибо за столь развернутый ответ.
Хочу я (точнее не я, а руководство) поставить эксперимент для выяснения перспектив применения длинноволновых (1064нм - в данном случае длинноволновый) лазеров. Естественно, ни о каких серийных делах речи еще не идет, т.к. это просто глупо. Нужен дешевый настольный работающий макет для понимания всей картины. Дешевый - это до 10000$ без трудозатрат.
Если макет проживет без фатальных повреждений хотя бы рабочую неделю - будет хорошо.  Поэтому загонять себя сразу в жесткие рамки несколько преждевременно, т.к. точных экспериментальных параметров никто не знает. Литературные источники косвенно намекают на доли-единицы-десятки мДж за единицы-десятки нс и это все что известно. Если не начинать делать (тут надо читать - не начинать делать ошибки на каждом шагу) - то и понимание не придет.
10мДж при 10 нс - это так, помечтать. Вероятнее всего хватит и 1 мДж за 20 нс (или всего 50кВт), хотя опыт покажет. Понятно, что мощность большая, но в конечном счете важна не мощность, а плотность мощности на поверхности. И совершенно очевиден тот факт, что не надо точные оптические поверхности лапать грязными пальцами.

Chief13, понимаю Ваше негодование по поводу неуказанного фокусного расстояния. Вообще-то надо было, но я не написал. Вроде, не мальчики кругом, все люди серьезные, с дипломами, наверное. Понятно, что требовать 5 мкм пятна на 1000 метров - это чушь несусветная.
Кстати, пример того, как только одна марка стекла влияет на спот-радиус во вложении. Для трех распространенных марок стекла и идеальных условий - нет расходимости, одинаковое фокусное расстояние, осесимметричная система, строго монохроматическое излучение. Кажется странным, но это легко объяснимо. Для разных коэффициентов преломления получатся разные радиусы кривизны линзы, а следовательно и разные монохроматические аберрации. Фактически единственной из них (при идеальных условиях) является продольная сферическая. Если добавить реальную ширину спектра, расходимость луча, мелкие неоднородности стекла, то влияние марки стекла на минимальный радиус фокусировки окажется чуть ли не сильнее чем геометрическая форма. Это так, к вопросу о том, что на конечный диаметр точки фокуса влияет все.
Chief13, а вообще, интересная у Вас работа. И советы дельные. Надо еще подумать над концепцией устройства. И написать китайцам на всякий случай.
Nd-YAG диодами и воздушным охлаждением, 100 мДж/20Гц/15 нс габаритная штука? Это я не военную тайну разведываю, а пытаюсь понять масштаб.

Оффлайн Chief13

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +4/-0
ingener21,

написав "зависимость расходимости от марки стекла", я, конечно, описался, имелось ввиду размер фокального пятна.

Странным это не кажется и весьма понятно если используются сферические поверхности. Соответствующая задаче асферика убирает эту проблему для любой марки (для каждой марки своя асферика).

Что-то мне подсказывает, что оптимизация комбинации радиусов кривизны способна уменьшить размер пятна в плоскости наилучшей установки. В Zemax, если мне не изменяет память, это делается достаточно просто.

Ширина спектра Nd:YAG лазера около 2 нм, о дисперсии показателя преломления материала и других эффектах по этой теме, на мой взгляд, говорить бессмысленно.

Дефекты, они везде дефекты, вне зависимости от марки, тут  нужно говорить о влиянии качества материала.

Это я так, придираюсь... :)

Сам серийны лазер весит 5,5 кг. Габариты около 30х20х10 см. Это "милитари" исполнение с соответствующими требованиями к эксплуатации по температурам окружающей среды, стабильности и т.п. + внутри параметрический генератор место занимает. Для задач технологических задач и только микронным (1,064) каналом, возможно уменьшить это дело упрощением конструкции раза в 1,5-2.

Плюс блок питания и управления.
« Последнее редактирование: 16 Январь 2014, 15:05:46 от Chief13 »

Оффлайн ingener21

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 27
  • Репутация: +1/-0
Chief13, по всей видимости мы друг друга поняли. :smile:
Да, действительно Zemax очень приятная игрушка. Оптимизация делается довольно просто.
Асферика - это как "сферический конь в вакууме" - хорошо, конечно, но в идеальных условиях. Единственной асферической линзой можно компенсировать только продольную сферическую аберрацию только на оси и только для одной длины волны. Если добавить "реальной жизни", то простенький сферический двухлинзовый ахромат справится даже лучше и при более широком угле. И дешевле выйдет. Но, вопрос-то не в фокусировке. Было бы что фокусировать. А фокусировать пока нечего.
Вероятнее всего, покупка у китайцев будет и быстрее и дешевле чем сборка в России из "вторсырья" даже такого слабенького лазера.
Собственно на этом тема себя исчерпала.

Оффлайн ingener21

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 27
  • Репутация: +1/-0
Chief13, забыл уточнить. На осциллограмме ток или напряжение?
Месяц два назад я разрабатывал для технологического 808нм лазерного диода драйвер на 50кГц. Без затруднений  получилось, диод жив, работает хорошо. Мощность выжимал практически всю. Но есть маленький "косячок" - на осциллограмме тока присутствует маленький паразитный выброс около 0.02 от полного размаха. Выброс проявляется из-за паразитных емкостей монтажа и проводов, т.к. на столе при работе "впритык" он отсутствует. На осциллограмме напряжения, естественно, выброса не видно, т.к. он сдвинут по фазе и к моменту максимума (точнее полочки напряжения) все паразитные емкости уже заряжены. Эта единственная проблема, но как показала практика эксплуатации она ни на что не влияет.
Повторить тоже самое на 20-30 амперах с динамической стабилизацией тока в процессе подачи импульса при такой "бесконечной" длительности - проблем вообще никаких. Неделя на отладку и будет работать.

Оффлайн Chief13

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +4/-0
На осциллограмме токовый импульс.
2%- ничего страшного.
Был печальный опыт работы с источником питания у которого были случайные выбросы до 15 %, которые мы изначально принимали за помеху. Такие матрицы, к нашему удивлению, быстро давали просадку  по мощности до 20%. Оказалось, что зеркала на кристаллах просто не выдержали пиковой оптической мощности.
« Последнее редактирование: 16 Январь 2014, 23:02:43 от Chief13 »

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Оказалось, что зеркала на кристаллах просто не выдержали пиковой оптической мощности.
COD - Catastrophical Optical Damage. Превышение тока на 15% дает превышение мощности гораздо больше, чем на 15%, поскольку мощность пропорциональна разности рабочего и порогового токов.

Совершенно не играет роли, какие именно выбросы или помехи есть в питании, какой они формы и т.д. Единственная действительно интересная величина - максимальный ток в пике. Пока он не превышает предела COD с разумным запасом, все нормально. Другое дело, что при нестабильном питании пики становятся совсем непредсказуемыми. Я знаю гарантированный способ сжечь лазер - зашунтировать его конденсатором и устроить плохой контакт на выводах самого диода. В момент восстановления контакта разряд конденсатора делает COD.

Цитировать
Вероятнее всего, покупка у китайцев будет и быстрее и дешевле чем сборка в России из "вторсырья" даже такого слабенького лазера.
+1. Сборкой имеет смысл заниматься только для получения уникальных характеристик или в образовательно-развлекательных целях. Правда, многая китайская техника требует довольно серьезной доработки, а иногда реальные характеристики сильно не соответствуют заявленным (вплоть до неверно указанного принципа действия!), но даже при таких условиях удается получить хорошо работающую "базу" для установки.

Оффлайн Chief13

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +4/-0
Совершенно не играет роли, какие именно выбросы или помехи есть в питании, какой они формы и т.д. Единственная действительно интересная величина - максимальный ток в пике.

Подтверждаю. В масштабе, в котором представлена осциллограмма выше, выбросы в моем случае представляли собой всплески шириной в один пиксель.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
А на простом аналоговом осциллографе вроде С1-112 можно и вообще не увидеть. На этот случай делается измеритель пиковых значений - хотя бы просто ВЧ-диод и конденсатор. При отсутствии качественных приборов так объективнее. Некоторые дорогие мультиметры в режиме измерения пиковых значений тоже подходят - если есть такой режим и если он достаточно высокочастотный. Подобные методы часто видят то, что не видно на осциллограмме.

Оффлайн Chief13

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +4/-0
http://www.atcsd.ru/upload/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F%20%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%8C%201.pdf
полезная статья по теме оптической катастрофы от ЗАО "Полупроводниковые Приборы". :yes:

Оффлайн ingener21

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 27
  • Репутация: +1/-0
... Я знаю гарантированный способ сжечь лазер ...

А я уже знаю целых три: 1 - перегрев; 2 - самоиндукция при длинных питающих проводах; 3 - да, Gall, полностью солидарен, при динамической стабилизации тока никаких "соплей" быть не должно. В целом накачка диодами не сложнее ламповой накачки. Цена ошибки примерно сопоставима, и там и там надо понимать специфику того, с чем работаешь, все тщательно просчитывать и предварительно макетировать. Лампы даже немного опаснее - я видел взрыв ИФП-800 от перегрева. Повторения не хочу. В случае же с лазерными диодами на ветер улетают только деньги.

+1. Сборкой имеет смысл заниматься только для получения уникальных характеристик или в образовательно-развлекательных целях. Правда, многая китайская техника требует довольно серьезной доработки, а иногда реальные характеристики сильно не соответствуют заявленным (вплоть до неверно указанного принципа действия!), но даже при таких условиях удается получить хорошо работающую "базу" для установки.
+10. Это верно замечено. От китайцев можно получить как откровенный хлам, так и работающее бюджетное изделие с некоторыми недоработками. Кое-что они уже научились делать нормально - наступают на пятки европейским производителям.
« Последнее редактирование: 22 Январь 2014, 17:54:41 от ingener21 »

Оффлайн ingener21

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 27
  • Репутация: +1/-0
Chief13, спасибо, занятная статейка!
Надо будет ее вдумчиво "покурить".

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Спасибо за статью, полезно!

 



SimplePortal 2.3.3 © 2008-2010, SimplePortal