Автор Тема: Импульсный наносекундный твердотельный лазер  (Прочитано 10080 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн ingener21

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 27
  • Репутация: +1/-0
Попробую кратко объяснитьс суть вопроса.
Для нужд прямой непроекционной литографии возникла идея найти/купить/собрать лазер с такими параметрами:
1. Энергия импульса регулируемая 1-10 мДж (пределы регулирования можно уменьшить)
2. Длительность импульса 5-10 нс (не критично, можно и 1 и 15 нс, на фемтосекунды не имеет смысла)
3. Длина волны 1064 или 532 нм. Это еще вопрос, т.к. опытным путем выяснено, что защитный лак хорошо (30-50% в пленке 5-10 мкм) пропускает 808 нм и полностью (за пределами разрешения прибора) поглощает китайские лазерные указки на 405, 455, 532 нм. На 1064 - полная неизвестность, но чисто экспериментально поглощение должно быть хорошим, т.к. в приборе ночного видения он выглядит черным.
4. Частота повторения импульсов не более 200Гц (опять не критично, даже 30-50Гц вполне устраивают). Время паузы между импульсами от 0.01...0.005с и более.
5. Качество луча... хочется, конечно, написать ТЕМ00, но нет острой необходимости. Достаточно иметь диаметр луча в точке фокуса не более 0.02...0.04мм, т.е. сравнительно далеко от дифракционного предела. Не вижу ничего страшного в применении дублета с компенсацией сферической аберрации или асферики.
6. Применение водяного охлаждения КРАЙНЕ НЕЖЕЛАТЕЛЬНО по технологическим причинам. Хотя и возможно.

Итого интегрально имеем: средняя мощность не более 2 Вт, модуляция добротности, импульсная мощность не более 200кВт, только импульсный режим работы. Параметры весьма умеренные.

Собственно, лазер должен испарять (не сжигать за счет атмосферного кислорода, а именно испарять) полимерный защитный лак, напыленный на металле (медь или никель). Небольшие повреждения (до 18 мкм в глубину) металла не возбраняются, хотя и необходимости такой нет. Поэтому можно ориентироваться только на испарение полимерного покрытия.

Итак вопрос: в какую сторону двигаться?
Понятно, что самый простой способ пойти и купить готовый лазер, но лишнего миллиона нет. И нет полной уверенности, что идея себя вообще оправдает.

Насколько адекватна мысль попробовать собрать такой лазер на неодимовом стекле и диодной накачке? По частям или на фабричном квантроне?
Какие модуляторы добротности применить акустооптический или на ячейке Керра/Поккельса/Фарадея?
Сконструировать оптику и изготовить электронику накачки диодов и управления модулятором мы скорее всего сможем, т.к. опыт в разработке большой. А вот с такими лазерными системами работать не приходилось вообще. Вообще, это посильная задача для небольшого коллектива инженеров и к.т.н. не работавших с лазерами?
« Последнее редактирование: 14 Январь 2014, 18:27:11 от ingener21 »

Оффлайн Охотник

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 140
  • Репутация: +13/-0
А чем не устраивает обычный ламповый квантрон? Тут думаю хватит обычного серийного к104 квантрона, с лампой инп-5/60А - дешево и сердито. Диодный вам обойдется многократно дороже, а еще будет сложнее источник питания. Что касается затворов, акустооптические вроде применяют чаще с непрерывными лазерами в лазерных маркерах, не знаю сможет ли он 5-10нс сделать импульс. Еще как вариант пассивный затвор на кристалле LiF или Gr:YAG.

Оффлайн ingener21

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 27
  • Репутация: +1/-0
Охотник, спасибо!
Да меня все устраивает, лишь бы оно работало. Непонятно, потребуется ли ради всего 2 Вт средней выходной мощности городить водяное охлаждение. Если потребуется, то лазерные диоды на пельтье-модулях значительно удобнее конструктивно. Высоковольтный поджиг лампы в совокупности с высокой частотой повторения импульсов тоже не слишком приятная задача. Хотя тоже  решаемая. Если делать с нуля - большой разницы нет. Все равно чертить, макетировать, отрабатывать, собирать, потом опять разбирать и т.д.
Пассивные затворы на  LiF или Gr:YAG тоже имеют право на жизнь, вопрос в том, кто их видел в работе и что с них можно получить?
 

Оффлайн ingener21

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 27
  • Репутация: +1/-0
Хм... сейчас только додумался... да, старею. При ламповой накачке неодимового стекла КПД около 1%. Для 2 Вт средней мощности потребуется 200Вт (тоже средней) накачки. Воздушным охлаждением это не отведешь, придется водяное охлаждение типа 2-5 литров в минуту.
Ну, еще терпимо.
В отношении диодной накачки КПД намного выше (при удачном попадании в длину волны поглощения до половины) и можно обойтись только воздушным охлаждением. Но цена лазерных диодов будет высока, это тоже правда.
И вообще, импульсные нс-лазеры диодами качают?

Оффлайн Охотник

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 140
  • Репутация: +13/-0
Современные возможно и качают, но я только ламповые видел, ничего сложного в блоке питания и охлаждения лампового квантрона нету. Бп надо будет около 1 киловатта чтоб хотя бы при 40-50дж в накачке давал 20гц повторение импульса, на выходе без затвора будет около 0.5-1дж, а с затвором ваши искомые миллиджоули, даже с избытком. В качестве кондеров подойдут 2-3шт к75-17 50мкф 1000в. Воздушным охлаждением при диодной накачке тоже не обойдетесь, диоды эти греются дай боже, и надо строго держать его температуру 25гр или около того чтоб длинна волны не плавала. На мой взгляд смысла самоделку делать на диодном нет, потратите уйму денег с сомнительным результатом. Пассивные затворы видел в лазерных дальномерах, там как раз нужен импульс около 10нс, правда частота повторения там очень низкая. К сожалению не знаю насколько живучи кристаллы при большой частоте повторения. И еще замечу, на стекле импульсный лазер в частотном режиме не сделать, плохая теплопроводность и стойкость стекла, использовать только ND:YAG. Как раз на квантронах К104 и делались установки с частотой повторения импульсов до 100гц.

Оффлайн ingener21

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 27
  • Репутация: +1/-0
Охотник, спасибо еще раз за подробный ответ!
Да, преобразователь на 1кВт/1кВ не такая уж технически навороченная штуковина - справимся.
Но, как конструктор внесу некоторые уточнения. Буду ориентироваться на следующие литературные истоники:
1. Е.А. Зельдин. Импульсные газоразрядные лампы и их схемы включения. М. "Энергия", 1964г.
2. И.С. Маршак. Импульсные источники света, 2-е изд., М. "Энергия", 1964г.
3. В.М. Вакуленко. Источники питания лазеров. М. "Советское радио", 1980г.
Для импульсной лампы количество вспышек до выхода из строя обратно пропорционально фактору нагрузки С*U^4 (при малой индуктивности разрядного контура), т.е. для увеличения ресурса лампы целесообразнее уменьшать напряжение конденсатора и увеличивать его емкость. При этом длительность разряда конденсатора (в зависимости от индуктивности цепи и паразитных сопротивлений проводов) как правило укладывается между линейной пропорциональность С и степенной С^(1/2).
Т.е. в моем случае (вероятно, не только в моем) выгоднее питать лампу от большого количества параллельно соединенных конденсаторов при возможно меньшем напряжении питания при котором еще обеспечивается накачка среды. Кроме того надо разрядные характеристики лампы посмотреть. Возможно, что она склонна к переходу от частичного разряда к дуговому при большой частоте следования импульсов. Тогда блок питания существенно усложнится. Но, это тоже решаемо.
Если верить И.С. Маршаку, то лампа вряд ли протянет более 100-300 тыс. вспышек или при 50Гц получится от 33 до 99 рабочих часов. Для проверки идеи - еще терпимо, но трудоемко с точки зрения создания блока питания.

С диодной накачкой как пишут умные люди еще хуже. У лазерных диодов на 808нм длина волны зависит от мощности излучения в данный момент времени и температуры кристалла. Т.е. их мало охлаждать, нужно еще стабилизировать ток накачки и поддерживать температуру пельтье-модулем (или той же водяной системой охлаждения) иначе можно не попасть в полосу поглощения Nd. И это все при ресурсе в 10000 часов в импульсном режиме.

Обе задачки примерно равноправны по инженерным сложностям, но вторая существенно дороже. Китайцы за дохленький 50Вт квантрон на на стержне Nd-YAG 3x65mm (http://www.sino-laser.com/dpsscw.html) хотят 2500$, а за 100Вт - 4000$. С ценами на отечественные ламповые квантроны все понятно, даже за 3т.р. можно найти.

Так что, Охотник, видимо, заключение совершенно справедливо. Для начальных опытов типа "запустить и поиграться" лучших вариантов чем ламповый советский квантрон нет.
Зеркала с подвижками, оптику найти не проблема, осталось понять, как (и какой???) затвор сувать и что после него из лазера выйдет.
0.5-1Дж в импульсе совершенно не нужно и даже противопоказано. Сгорит все к чертям - или мишень или сам затвор.

Оффлайн Охотник

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 140
  • Репутация: +13/-0
100-300тыс эт наверно сильно нагруженная проживет, 50дж для инп-5/60 что камариный укус
http://www.znt.ru/products/pump-lamps/36-i-lamps/23--560-1--590-1
тут указаны основные параметры и видно что долговечность у нее 5·10^7-5·10^8 и напряжение питания 650-1500 в, так что я все правильно вам сказал по конденсаторам. И кстати промышленные бп, например фирмы Fedal, как раз так и собраны 2-6 кондера 50мкфх1000 в паралель или последовательно-паралельно. Более подробно по расчету разрядной цепи есть тут же на форуме, или в книжке Вакуленко. Еще надо знать что при большом токе через лампу в импульсе пассивный затвор может успеть несколько раз просветлится и у вас будет вместо одного серия наносекундных импульсов, поэтому напряжение на батарее придется подобрать, ну или использовать электрооптический затвор.
« Последнее редактирование: 15 Январь 2014, 03:18:13 от Охотник »

Оффлайн Chief13

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +4/-0
Внесу свою лепту:
1. Охлаждение 200гц х 10 мДж при диодной накачке обеспечивается при комнатной температуре одним каскадом Пельтье и радиатором с хорошим вентилятором.
2. отклонение +-3 градуса при термостабилизации лазерных диодов не сильно сказываются на энергии генерации.
Спектр поглощения Nd^YAG от 806-808 нм (808 нм - максимум поглощения, далее резкий спад). Смещение спектра лазерного диода около 0,4 нм/градус.
3. из 10 мДж 1,064 мкм можно получить 6-7 мДж в 0,532 нм.
4. Размер пучка в фокусе определяется расходимостью исходного пучка и фокусным расстоянием фокусирующей линзы. При фокусном растоянии 50 мм одно значение, а при 500 мм, соответсвенно, в 10 раз выше.
5. На мой взгляд, такая работа для людей, ранее не имевших опыта работы с лазерами, будет достаточно долгой.
6. Хороший знакомый, мой бывший коллега, заказывал блок для диодной накачки у Fedal. При проверке длительности и амплитуды токового импульса оказалось, что индикация амплитуды импульса на дисплее блока сильно врет относительно фактического значения, измеренного при помощи токового пробника, хотя сигнал с собственного шунта блока показывал то, что нужно. Вот такая у него несогласованность с самим собой.
7. На мой взгляд, такая работа для коллектива, не имевшего опыта даже работы с лазерами, не говоря уже о их разработке, может превратится в очень долгий путь, полный разочарований.
8. Себестоимость комплектующих такой системы с диодной накачкой и электрооптическим затвором будет около 400 тыс. р. плюс стоимость лабораторного блока питания 300-400 т.р. (с каналом термостабилизации, необходимыми синхронизациями, регулировками длительности и амплитуды токовых импульсов.).

Оффлайн ingener21

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 27
  • Репутация: +1/-0
Охотник, да я и не настаиваю. С ИНП-5/60А лично дела никогда не имел. Просто есть некоторый опыт работы с трубчатыми ИФП без охлаждения. Там при подходе к паспортной энергии импульса ресурс сокращается стремительно. Возможно со времен Маршака что-то изменилось в лучшую сторону.
У ИНП-5/60А как-то странно пишут (http://www.znt.ru/products/pump-lamps/36-i-lamps/23--560-1--590-1):
Удельная энергия , Дж/см (для режима 20-100Гц): 1,3-4
При длине разряда 60 мм получается максимум 7.8...24Дж за импульс. Возможно, что именно на этой энергии и обеспечивается заявленный ресурс в 5*10^8...5*10^7 разрядов.
Да и не сильно оно важно, в любом случае поверю Вам на слово.
И, кстати, весьма ценное замечание на счет пассивного затвора. Действительно, можно промахнуться с энергией накачки и получить пачку импульсов. Если пассивный затвор и ставить, то только с контролем по быстрому фотоприемнику и цифровому осциллографу (благо он есть), а то на выходе неизвестно что получится.

Оффлайн Охотник

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 140
  • Репутация: +13/-0
Для контроля фотоприемник можно установить со стороны глухого зеркала, в некоторых промышленных лазерах так было. Я когда экспериментировал получал следующие цифры, в накачке был кап 100мкф 2000в, заряжал до 860в, таким образом накапливал около 36дж, лампа инп 5/60 активный элемент был с уже напыленными зеркалами 6.3х100мм, на выходе получал 0.5-0.6дж(есть заводской импортный измеритель энергии), правда без затвора. В общем этого более чем достаточно для вашего эксперимента.

Оффлайн ingener21

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 27
  • Репутация: +1/-0
Chief13, и Вам спасибо!
А случайно нет ли  ссылки хоть на какой-нибудь прибор близкий по параметрам? Точного соответствия, скорее всего, не будет, хотя бы рядом что-то.

Еслиговорить строго, то диаметр точки фокуса определяется многими параметрами. Это и начальная расходимость луча, его физический диаметр, модовый и спектральный состав, конструкция оптической системы, марка стекла, качество стекла и поверхностей в оптике, распределение энергии по сечению луча и т.д.  Да, кстати, надо сразу оговорится, что считать диаметром. Тот диаметр на краю которого материал уже перестает обрабатываться или по диску Эйри с 83.8% энергии.
Перечислять можно долго, легче смоделировать, хотя бы и оценочно, в Zemax. НУ, спасибо за замечание, я не голословно заявил, что с фокусировкой работающей установки как-нибудь разобраться можно. 20...40 мкм очень далеки от теоретического предела неодимовых лазеров. Эти цифры скорее характерны для чего-нибудь длинноволнового типа СО2.

Собственно такая мысль какую Вы обрисовали изначально и была. Покупной (китайский, скорее всего) квантрон на 808нм лазерных диодах, охлаждение диодов пельте-модулями (с термодатчиками и управлением), здоровенный медный радиатор, модулятор добротности (видимо электрооптический???) зеркала, подвижки для юстировки, фокусирующая оптика, блок питания диодов со стабилизацией тока, блок питания для пельте с контролем температуры, блок питания/управления модулятором, блок синхронизации накачки диодов и времени срабатывания оптического затвора. Конструкция, мягко говоря, наукоемкостью не блещет - выглядит тупо как бревно. С другой стороны даже бревно надо грамотно обтесать, на хорошего плотника люди не один год обучаются.

китайский квантрон с диодами и стержнем в сборе 1500...2500$
электроуправляемый затвор (однозначно покупной) 1500$
два зеркала с подвижками (однозначно покупные), допустим не более 1500$
пельтье плюс вся электроника с радиаторами - частично самопал, частично покупное - не более 3000$
токарно-фрезерные детали - тут кое-что свое можем сделать за весьма скромные деньги
итого не более 8000....9000$  Плюс месяц-другой работы коллектива. Не быстро и не дешево.
За такой бюджет мне голову не оторвут, но посмотрят косо. Если есть готовый работающий лазер за такие же деньги, то смысла нет. Если в 2-3 и более раз дороже, то со мной даже разговаривать не станут. У начальника любимая присказка: "вроде большие дядя уже, университеты позаканчивали, а все как малые дети - купи, да купи. Сделай!!!". Вот и думаю как свой диплом отработать.

На сию секунду дешевле и быстрее выглядит твердотел с ламповой накачкой. Или покупной б/у еще живой лазер.

Chief13, понимаю Ваш скепсис. Конечно, доля правды в этом есть, осваивать новую всегда тяжелее чем идти по накатанной. Конечно, ошибок понаделать придется и это абсолютно закономерно. С другой стороны махать перед лицом начальника своими дипломами и требовать большую зарплату, не делая при этом ничего нового и не развиваясь как профессионал - стыдно. Chief13, как Вы думаете, какова цена таким анжинерам?

Вот читаю документашку на китайский твердотел 50Вт с диодной накачкой http://www.sino-laser.com/dpsscw.html
Ток накачки 20-25А, напряжение 18В (т.е. не более 450Вт), порог генерации 7...10А, точность поддержания температуры 0.1...0.2 градуса. 100Вт квантрон - не сильно страшнее. Если совсем честно, но по отдельности все задачи сравнительно простые и не слишком-то затратные. Регулируемый импульсный блок питания со стабилизацией тока на 25А/18В/100-2000мкс с точностью не хуже 1% не может стоит 400т.р. Хотя, с нашей рыночной экономикой все может быть. Школьник на коленке не осилит, но этом никто и не говорил. Сделается такой блок питания не за день и не за три копейки, но ничего сверхъестественного доступного только посвященным я тут не вижу.
Поддержание температуры с точность 0.1 градус да еще при переменной нагрузке? Да, задачка немного более сложная. При расходе теплоносителя 6 л/мин получается теплосъем 420Дж/(градус*сек). При 450Вт пикового тепловыделения есть риск свалится в область неустойчивости, поэтому только ПИД-регулятор (на стандартных комплектующих), байпасная ветка с отдельным электроприводом  и емкость системы минимум литров 20...25, тоже не абы какое техническое достижение. Дольше ПИД-регулятор настраивать, чем его проектировать.
Остается массивное основание с малыми температурными деформациями (или термостатированием?), синхронизация накачки с открытием затвора, сборка, настройка электрических режимов, юстировка оптической системы. Вот только в последнем пункте чувствую полную беспомощность, а это ключевой момент всей истории.

И вся это свистопляска ради 2Вт? Терзают смутные сомнения в целесообразности подобной затеи.
Скорее всего, изначально путь неправильно выбран. В качестве альтернативы можно рассмотреть азотный лазер, но там свои заморочки с ультракороткими временами накачки. Хотя, по мощности и времени импульса - то что надо. Отпаянные объемы вроде как могут частоту до 100Гц обеспечить.


Оффлайн ingener21

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 27
  • Репутация: +1/-0
Охотник, мысль хорошая. Глухое зеркало (если не из металла, конечно) что-то все равно пропускает. Так получится и фотоприемник не сжечь и не перегрузить его для снятия достоверной картины.
Только я уже начинаю сомневаться на счет правильности пути. Азотный лазер лучше подходит по параметрам.

Оффлайн ingener21

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 27
  • Репутация: +1/-0
А вот и итог всего разговора:

http://russian.alibaba.com/

http://russian.alibaba.com/product-gs/yag-laser-marking-machine-for-sale-540239061.html
http://russian.alibaba.com/product-gs/wuhan-new-products-looking-for-agent-representative-yag-laser-metal-marking-machine-1390758141.html
http://russian.alibaba.com/product-gs/cm-lm-s50semiconductor-pumped-yag-laser-marking-machine-laser-marker-laser-marking-system-laser-marking-metal-machine--250342417.html
http://russian.alibaba.com/product-gs/100w-yag-metal-laser-engraving-machine-217838655.html
http://russian.alibaba.com/product-gs/hardware-products-yag-laser-marking-machine-rd-50-1597703802.html
http://russian.alibaba.com/product-gs/yag-laser-marking-machine-1010-529365198.html
http://russian.alibaba.com/product-gs/yag-laser-marking-machine-for-product-code-marking-equipment-520240906.html
http://russian.alibaba.com/product-gs/yag-laser-marking-machine-728866713.html?s=p
http://russian.alibaba.com/product-gs/yag-laser-marking-machinery-518746712.html?s=p
http://russian.alibaba.com/product-gs/cnc-control-metal-yag-metal-laser-marking-machine-1049166022.html
http://russian.alibaba.com/product-gs/yag-laser-cutting-machine-75-1360086842.html
http://russian.alibaba.com/product-gs/yag-laser-engraving-marking-machine-for-glass-craft-467329087.html
и так далее по списку
Продолжать можно очень долго, там много предложений. От серьезных промышленных аппаратов до крохотных настольных граверов. Любые материалы от дерева до стекла. От 2000$ и до 50000$ готовая работающая система под ключ. Сами лазеры еще дешевле. Неизвестно, правда, какого качества и с каким ресурсом, но импульсная мощность лазеров перекрывает мои скромные потребности на порядок и более.
Тут взрослые дядьки на серьезном уровне лампочки с квантронами 30-ти летней давности обсуждают, а китайцы за половину-треть этой стоимости делают рабочие системы на диодной накачке с модуляцией добротности и нисколько не стесняются. Про выбор маломощных СО2-лазерных систем я просто скажу - они их как холодильники штампуют. Кстати, примерно за такие же деньги.

Тему можно закрывать и удалять, ибо стыдно до невозможности.

Оффлайн ingener21

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 27
  • Репутация: +1/-0
И на закуску примеры короткоимпульсных ультракомпатных лазеров.

Размером с чемодан, слеплено в Китае, там стоит дешевле чем у нас один электрооптический модулятор.

http://www.ateko.ru/equipment/LDesigner_Fm.html
http://www.bodorlaser.ru/products/laser-marking-machine/128.html

Словом, полнейший технологический и интеллектуальный аутсайд, господа. 


Оффлайн Охотник

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 140
  • Репутация: +13/-0
Конечно готовый купить всегда проще, но в чем же технологический и самое главное интеллектуальный аутсайд хотелось спросить?  Вам советовали то что проще и дешевле сделать, самоделку на диодном вы скорее всего не потянете. А теперь по китайским лазерам, 2000 долларов может стоить только со2 гравер и никакой иначе, граверы на YAG стоят уже от 10000 долларов, и не известно какой длительности они дают импульсы, такого параметра там нигде не было приведено. Кстати еще не известно DPSS они или ламповые, так как на большинстве фото видно рядом стоящий огромный  ящик чиллера. А последняя фраза вообще повеселила, "китайский гравер стоит дешевле электрооптического модулятора" и это при том что про цену там по ссылкам вообще ничего не написано.

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!

Оффлайн Chief13

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

 



SimplePortal 2.3.3 © 2008-2010, SimplePortal