Тема: Скругление, фокусировка, модуляция мощного лазера видимого диапазона

[B747]

Уважаемые специалисты,

Проконсультируйте, пожалуйста, как
1) скруглить,
2) сфокусировать до ~50 мкм,
3) модулировать (вкл/выкл) с частотой >=МГц
лазеры от http://www.wickedlasers.com
:
Wavelength:     445nm nominal center
Min Power:        3500mW
Beam Divergence:     4.8mRad
Beam Shape:     2mm x 5mm

Wavelength:     520nm
Min Power:     900mW
Beam Divergence:     2.5mRad
Beam Diameter:     2mm x 7mm

Wavelength:     635nm
Laser Power:   750mW
Beam Divergence:     ~3.0mRad
Beam Shape:   ~8mm x 5mm
?

Планируется перфорировать ленту для RPS(Roll Powder Sintering) 3D принтера.

[Gall]

Уважаемые специалисты,

Проконсультируйте, пожалуйста, как
1) скруглить,
2) сфокусировать до ~50 мкм,

Никак. Луч этих лазеров не является TEM00 и принципиально не будет круглым. Ну то есть как-то собрать в "точку" его можно, но глубина резкости будет "никакая" и для практических применений непригодна.

Дешевые мощные лазеры имеют очень многомодовый, то есть очень некачественный луч. Когерентность плохая. Потому они и дешевые.

3) модулировать (вкл/выкл) с частотой >=МГц

Тут способов много, как оптические, так и чисто в электронике. Схему управления лазерным диодом с такими частотами сделать можно. Но. Для этого лучше не брать готовые модули, особенно Wicked, а лучше стартовать с сырого лазерного диода. Потому что в готовом модуле все равно 80% деталей на выброс - они для такой модуляции не подойдут, придется заменять.

Но, так понимаю, что после (1) и (2) вопрос (3) уже неактуален...

Планируется перфорировать ленту для RPS(Roll Powder Sintering) 3D принтера.

Лучше ИК-лазер взять. А если еще и неодимовый, так вообще проблем не будет. У него луч от природы круглый и легко фокусируется. Но даже если и не неодимовый, а просто лазерный диод на 808 нм, так с ним проблем намного меньше, чем с зелеными и синими.

Причина: синие и зеленые лазеры на самом деле очень дорогие. Дешевые диоды существуют только за счет их крайне низкого качества. В технике эти синие лазеры применяются, кажется, только для того, чтобы делать из них лампочки для освещения (лазер светит на люминофор). Делать из них тонкий луч вообще никто не пытается, кроме китайцев, у которых получается барахло.

[B747]

Спасибо за быстрый и детальный ответ.

Конечно, лучше использовать сразу круглый или почти круглый луч, а не конструировать систему призм, цилиндрических линз.

Например,
http://www.dragonlasers.com/532nm-Green-Laser-System.html
:
Wavelength (nm)         532nm +/- 1nm
Output power            1W +5% Stability
Transverse mode         Near TEM00
Divergence, full angle (mrad)   <1.5
Beam Diameter (mm)         4
Price               USD1180.00 (Euro 1062.00)
,
http://www.dragonlasers.com/1064nm-dpss-IR-Laser-System.html

Wavelength (nm)         1064nm +/- 1nm
Output power            1-1500mW
Transverse Mode         TEM00
Divergence, full angle (mrad)   <1.5
Beam Diameter (mm)         1.5
Price               USD1020.00 (Euro 918.00)

или

http://www.dragonlasers.com/655nm-Red-Diode-Laser-System.html
Wavelength (nm)         655nm +/- 10nm
Output power            3-5W
Transverse Mode         Near TE00
Divergence, full angle (mrad)   <5
Beam Diameter (mm)         6*7
.

Что посоветуете для фокусировки таких лучей в пятно диаметром ~50 мкм и для модуляции в >=МГц?

[Gall]

Фокусировать лучше всего микроскопным объективом, примерно 10x или 20x. Это даст пятно около 20 мкм.

Лазер лучше не брать 532, как и не стоит брать 650. Зеленый - это ИК с удвоителем, КПД ниже, цена выше, теряем мощность просто так. Красный - это дорогой диод, красные мощные диоды очень дорогие. Лучше брать либо инфракрасный диод (808 нм), либо 1064.

Очень простой вариант - использовать 808 нм с оптоволокном, такой диод (диод, не модуль!) купить легко, стоит относительно недорого. Дело в том, что луч при заведении в оптоволокно уже почищен и уже тонкий. Он из конца оптоволокна пойдет как от точечного источника, и его очень легко будет сфокусировать как угодно. Ну и механически удобнее, волокно гибкое, можно лазер где угодно ставить.

Модуляция - надо аккуратно рассчитать схему драйвера. Она в принципе классическая, но надо ставить корректирующие конденсаторы, как в ОУ делают, в SPICE считать и диаграммы Боде рисовать. По сути ИТУН (источник тока, управляемый напряжением), просто ИТУН очень аккуратно рассчитанный. В основе будет схема Шиклаи на выходе токового зеркала, скорее всего.

[B747]

Извиняюсь за задержку с ответом, ждал предложение от изготовителей:
«
Please accept the file. The column which colored in yellow is recommended to you.
The 1064nm 2W Q-switched laser system with scanning system and focus lens.
They totally cost $2500USD. Shipping cost excluded.
«
.
Получается 2 Вт когерентного излучения длиной 1064 нм, фокусировка, сканирующая система и частота амплитудной модуляции 10 кГц в комплекте за $2500.

Для прототипа 3D RPS
(Roll Powder Sintering https://www.researchgate.net/profile/Vyacheslav_Shulunov/publications)
принтера с рулоном объекта внешним диаметром 30 мм возможно использовать:

1) количество лазерных импульсов >=10000,
2) энергия импульса <=100 мкДж,
3) длительность импульса <= 100 мкс,
4) диапазон перфораций 10 мм,
5) диаметр перфораций 50 мкм,
6) расстояние между перфорациями по высоте и ширине 100 мкм,
7) толщина ленты 100 мкм,
скорость протяжки ленты 1 см/с,
9) скорость сканирования 100 линий/с,
10) диаметр оси намотки 10 мм,
11) максимальный диаметр смотанного рулона объекта 30 мм.
12) длина перфорируемой ленты ~6,3 м.

Таким образом, получается 100 точек на 1 мм кв., 10000 точек на 1 см кв., всего ~6,3 млн. точек, скорость перфорации 10 кГц.

Как думаете, это адекватная цена за такие спецификации?

[Gall]

Для Q-switched цифра "2 Вт" бессмысленна. Это все равно что судить о мощности мотора автомобиля по его расходу бензина. У таких лазеров короткий импульс относительно большой энергии, и параметрами являются энергия и длительность импульса, а не мощность. Ну и частота повторения, когда это требуется.

[B747]

Вот прислали для модели
"Model EL-1064-2W":
Average output power (W)    ~2W
Pulse width (ns)              ~2ns
Peak power (kW)         ~100kW
Pulse repetition rate (kHz)   ~10kHz

[Gall]

Уже лучше. Но стыдятся сказать энергию импульса, прячут ее за "мощностью".

А энергия у них - 200 микроджоулей. Очень маленькая.

Ну так-то по формальным параметрам подходит. Цена в принципе нормальная за новую установку.