Тема: нужен лазер около 1 мкм на 10-15 Вт

[One_more_user]

Всем доброго дня!

У меня на старой работе (я лазерной гравировкой занимался) валяется белорусская установочка для лазерной гравировки. Там нет лазера. Ее некогда купили, видимо за недорого, а излучателя к ней нет. Дело в том, что по хорошему туда просится волоконник от IPG photonics. Но это дорого Вот она и лежит в углу, пылится... У меня есть желание вернуть ее к жизни. Твердотельный лазер с ламповой накачкой - гемморой. Питать лампы, менять их, охлаждать, ... не удобно. DPSS в этом плане очень хорошее решение - не дорого, компактно и мощности должно хватить.

Небольшие подробности. Сканирование луча производиться гальваносканерами. Там уже все есть - платы управления сканатором, объектив, корпус Т.к. она заточена под волоконник от айпиджи, зеркала на сканаторах видимо на 1064 нм. Я думаю, что + - десяток нанометров особо не повлияет и можно 1054 нм. Излучение волокном заводить туда не хочется, т.к. мы получим бОльшую расходимость, а нам нужно чтоб пятно в фокусе было как можно меньше. Мощность 10-15 Вт хватит. Что-то мы потеряем на оптике и зеркалах, нужно чтоб после объектива было > 10 Вт. В маркерах за которыми я работал стояли излучатели 10 или 20 Вт. Был даже один на 50 Вт, но у него М квадрат гораздо хуже, соответственно пятно больше и разрешение меньше. Но дури в нем было конечно дочерта    10 Вт вполне хватает, но если будет больше, то можно гравировать быстрее + всякие латуни и меди будут гравироваться. Что для таких целей будет лучше - непрерыв, или импульсный режим работы? Никаких комплектующих нет. Сделать драйвер для питания ЛД смогу сам. Видимо нужен корпус, АЭ, ЛД, пелетье, модулятор чтоб излучение открывать только тогда, когда нужно, и т.д. и т.п. Читал на форуме lasers.org.ru как народ собирает dpss. В целом понятно, но т.к. нет комплектующих и не разу сам не собирал - прошу помощи у лазерных гуру

Небольшие подробности 2. Я сам отучился на кафедре лазерных технологий в ИТМО. Для меня лазер всегда был инструментом для исследований. Сам я их некогда не собирал, хоть и понимаю что к чему. А сейчас в жизни появились определенные цели/задачи, и очень хочется под эти цели собирать лазер самому. Начать решил с этого Бюджет под этот лазер пока не понятен, но думаю что тыщ в 60 деревянных мы ведь уложимся? Какие габариты (в среднем) у такого излучателя будут?

З.Ы. Я щас работаю на ЛОМО, и у меня есть возможность добыть/изготовить всякие стекла, зеркала, фильтры, объективы, ... Но все немного сложнее нежели пришел и взял из коробочки Если нужны линзы с просветлением или что-то другое можно заказать, но нужна партия, а не 1-2 штучки. Сам я тут недавно, и доступа к "складам" с оптикой нет. Поэтому если что-то надо, и есть несколько желающих, то можно скинуться и заказать. С изготовлением и рассылкой я помогу. Обращаться можно в личку, но лучше всего писать на мыло: 3w00w57w75@gmail.com (убрать буквы "w", если к логину в начале добавить 8921, то получиться мой телефон - для связи, если что...)

[Gall]

В общем все примерно ясно.

Если по теории, то тут надо бы ставить накачку через оптоволокно, собирать излучение нескольких мощных диодов. На практике придется делать немного иначе.

Самая большая в DPSS проблема - мощность накачки. В идеальном случае достигается КПД до 0.8, в реальности он будет ниже. Помимо оптики, важный канал утечки энергии - неточное попадание длины волны диодов (808+-километр нм) на линию поглощения неодима. То есть, 30-50 Вт накачки потребуется точно. Если считать, что средний "доставабельный" диод - это 10 Вт, пять штук получается. (По 100 баксов... хм... ну в бюджет лезет, ладно.)

Модулировать, как я понимаю, необязательно. Если это не наносекундные импульсы, можно просто включать и выключать накачку.

АЭ лучше всего Nd:YVO4, причем может быть и готовый с зеркалами. Я не знаю, насколько мощными вообще такие готовые кристаллы бывают (доставабельные, разумеется). Попадались и Nd:YAG, но явно рассчитанные на накачку из волокна - неудобной формы. На Вашем месте я бы начал с выяснения, какие вообще АЭ можно добыть - это определит львиную долю оставшейся конструкции.

Если все сведется к тому, чтобы просто накачать готовую сборку диодами, то это вообще просто. Лишь бы мощности хватило. Я не столь оптимистичен на этот счет - скорее всего, купить такой кристалл не удастся, и конструкция будет посложнее, с внешними зеркалами.

Длинные гранатовые стержни качать диодами неудобно. Если в наличии только такое, лучше подумать о ламповой накачке.

Габариты - с кредитную карточку, грубо говоря. Размеры будут определяться в основном удобством сборки. Мощный лазерный диод - он квадратный, примерно 1x1 см, винтиком крепится. Сам АЭ будет совсем маленьким. Если смонтировать на достаточно массивном основании, отдельное охлаждение не потребуется, можно будет охлаждать все целиком. Наверное, удобнее всего водой - насверлить в массиве основания дырок поперек и подключить трубки.

Спасибо, обращусь, если будет нужно что-то Навскидку - партию пар зеркал под 1064 нм (HR+OC) скорее всего удастся распродать.

[One_more_user]

АЭ лучше всего Nd:YVO4, причем может быть и готовый с зеркалами. Я не знаю, насколько мощными вообще такие готовые кристаллы бывают (доставабельные, разумеется). Попадались и Nd:YAG, но явно рассчитанные на накачку из волокна - неудобной формы. На Вашем месте я бы начал с выяснения, какие вообще АЭ можно добыть - это определит львиную долю оставшейся конструкции.

По кристалам есть где поискать, седня завтра поспрашиваю, посмотрим что удастся найти...

Если все сведется к тому, чтобы просто накачать готовую сборку диодами, то это вообще просто. Лишь бы мощности хватило. Я не столь оптимистичен на этот счет - скорее всего, купить такой кристалл не удастся, и конструкция будет посложнее, с внешними зеркалами.

Сам АЭ будет совсем маленьким.

речь идет о накачке с торца, святить 5-6 ЛД в торец небольшого кристалла не получиться, и мне нужно будет собирать свет от них линзой в кристалл, так, да? Диоды тоже надо охлаждать, или их корпус подразумевает достаточный отвод тепла?

Если смонтировать на достаточно массивном основании, отдельное охлаждение не потребуется, можно будет охлаждать все целиком. Наверное, удобнее всего водой - насверлить в массиве основания дырок поперек и подключить трубки.

то есть мне не нужно будет прокачивать воду через сам АЭ, я могу сделать, например, медное основание - на нем будет все крепиться, водой охлаждается только само основание и этого будет достаточно для отвода тепла, да? Получается что-то типа водного охлаждения как на компьютеры ставят?

Спасибо, обращусь, если будет нужно что-то Навскидку - партию пар зеркал под 1064 нм (HR+OC) скорее всего удастся распродать.

угу. просто в вакуумную камеру где покрытия наносят влазит много деталей (линзочек диаметром 4-5 см влезет штук 50), а цена считается за день работы камеры...

[Gall]

речь идет о накачке с торца, святить 5-6 ЛД в торец небольшого кристалла не получиться, и мне нужно будет собирать свет от них линзой в кристалл, так, да?

Обычно для подобных лазеров используют тонкие АЭ (например, диски). Излучение накачки от нескольких диодов подводят либо оптоволокном, либо просто тонкие лучи под малым углом. В случае диска значительная часть накачки проходит насквозь, и ее надо отражать обратно. Одна из хороших схем (картинка есть в Звелто) - много маленьких зеркал "ромашкой" вокруг АЭ отражают накачку снова и снова обратно, по спирали. (В принципе можно обойтись одним кривым зеркалом). Как-то так:



Можно использовать тонкий длинный АЭ, тогда накачку с помощью световодов подводят с боков. В разрезе это выглядит как "потоковый накопитель" из "Назад в будущее" - в центре стержень. (Подозреваю, что как раз конструкция лазера и послужила прототипом для устройства в фильме).

Диоды тоже надо охлаждать, или их корпус подразумевает достаточный отвод тепла?

Мощный лазерный диод сделан примерно как транзистор в корпусе TO-220. Он на массивной медной подложке, ее полагается винтом крепить к радиатору. Будет удобно этот радиатор сделать одновременно основанием всей конструкции - из цельного куска алюминия или меди, на фрезерном станке.

то есть мне не нужно будет прокачивать воду через сам АЭ, я могу сделать, например, медное основание - на нем будет все крепиться, водой охлаждается только само основание и этого будет достаточно для отвода тепла, да? Получается что-то типа водного охлаждения как на компьютеры ставят?

Ну в общем да. Маленький АЭ крепят на металлический кронштейн. Для DPSS используют кристаллы с очень большим легированием, иногда даже 10%, поэтому усиление в них большое при маленьких размерах. Держатель АЭ вполне может отводить достаточно тепла, если он массивен. К тому же между держателем и общим основанием можно поставить элемент Пельтье.

Не знаю, потребуется ли отдельное охлаждение АЭ водой. В Coherent Verdi вплоть до 6 Вт охлаждение воздушное, начиная с 8 Вт вода, но вроде бы вода течет через основание и кронштейн и не касается АЭ.

Если по классике - тонкий дисковый АЭ, то его той стороной, которая HR, приклеивают к массивному радиатору, а накачка и выход излучения идут с одной и той же стороны. Это самая лучшая схема, но к сожалению АЭ очень дефицитный. Хотя если удастся купить любой диск от мощного лазера, и где-то рядом умеют шлифовать и пылить зеркала, то это реальный вариант. (Некоторое время назад в инете распродавали куски граната от старого лазера National Ignition Facility, там были и диски приличных размеров тоже - в принципе, если "пасти" такие вот лоты, есть хорошие шансы что-то найти).

угу. просто в вакуумную камеру где покрытия наносят влазит много деталей (линзочек диаметром 4-5 см влезет штук 50), а цена считается за день работы камеры...

Ясно. Ну 50 штук - не так и много, на 50 комплектов людей найти уже вполне реально.

[One_more_user]

Первый результат в поиске АЭ - предлагают YAG:Nd стержень 5х100 мм за 3.5-4 тыщи. Или взять в сборе квантрон к301 с одной лампой + АЭ за 35-40 тыщ. Скажите эти цены низкие, высокие или нормальные? Лампы правда совсем не хочется, а пытаться засунуть в корпус квантрона диоды дело бессмысленное, проще будет сделать корпус самому, чем "дорабатывать напильником" этот... Но как крайний вариант вполне можно оставить Можно ли накачать такой стержень ЛД сбоку, но не используя диодную линейку? Примерно как-то так:



Будет ли достаточно охлаждать половину АЭ, или сверху он будет перегреваться, и может треснуть? Или из-за неравномерного нагрева образуется такая необычная тепловая линза?

Обычно для подобных лазеров используют тонкие АЭ (например, диски).

Я вот никак не пойму как можно снять с маленького диска, ну например 5х1 мм 15 Вт??? Туда же закачиваю ватт 50... Я бы на месте такого кристалла сразу треснул

Это самая лучшая схема, но к сожалению АЭ очень дефицитный.

А если достать стержень диаметром ну например 8-10 мм (дорогой нарна зараза будет...). Я у себя на работе смогу его нарезать на диски, торцы отполируют. С одного такого стержня дисков толщиной 2-3 мм может получиться пару десятков штук. Напылить на торцы HR+OC тоже смогу на работе...  Получаться как раз такие диски как на картинке! Хэнд мэйд дефицитный АЭ!

[Gall]

Первый результат в поиске АЭ - предлагают YAG:Nd стержень 5х100 мм за 3.5-4 тыщи. Или взять в сборе квантрон к301 с одной лампой + АЭ за 35-40 тыщ. Скажите эти цены низкие, высокие или нормальные?

Близки к среднерыночным (хотя я никогда не понимал, почему квантрон в сборе значительно дороже, чем его компоненты). Цена подержанных стержней как раз близка к 100-150 долларам.

Можно ли накачать такой стержень ЛД сбоку, но не используя диодную линейку? Примерно как-то так:

Можно попытаться посчитать. Здесь все довольно просто: нужно достигнуть примерно равномерного распределения накачки по рабочей области стержня. (Рабочая область - это вдоль оси, то есть за вычетом бесполезных краев, уходящих на крепление). С лампой это получается легко, с диодами сложнее: излучение будет преломляться в стержне. Идея построения та же, что и с диском - пропускать накачку сквозь стержень много раз, каждый раз отражая ее чуть-чуть в другое место. Просто считать трудно.

Реальной проблемой может быть матовость поверхности большинства стержней. Очень затруднит расчеты.

Будет ли достаточно охлаждать половину АЭ, или сверху он будет перегреваться, и может треснуть? Или из-за неравномерного нагрева образуется такая необычная тепловая линза?

Скорее всего перегрев будет. Но в такой схеме как раз просто решается: нужно закатать АЭ в металл со всех сторон, оставить только маленькие дырочки для накачки. (См. выше про равномерность - может не получиться).

Я вот никак не пойму как можно снять с маленького диска, ну например 5х1 мм 15 Вт??? Туда же закачиваю ватт 50... Я бы на месте такого кристалла сразу треснул

И киловатты снимают, диски вообще самые мощные из всех лазеров. Как раз дело в том, чтобы диск был тоненький. Тогда тепло от него отводится очень эффективно, и тепловые расширения он выдерживает легче (как стакан в школьном опыте - толстостенный от кипятка треснет, тонкостенный равномерно прогреется и выдержит). Мощность в такой схеме ограничена, по сути, только теплоотводом. Ограничения из соображений стабильности генерации лежат гораздо выше. Если требуется большая мощность, увеличивают диаметр диска (но не толщину); луч становится толще, но его можно оставить TEM00, поэтому фокусировке он поддается замечательно.

А если достать стержень диаметром ну например 8-10 мм (дорогой нарна зараза будет...). Я у себя на работе смогу его нарезать на диски, торцы отполируют. С одного такого стержня дисков толщиной 2-3 мм может получиться пару десятков штук. Напылить на торцы HR+OC тоже смогу на работе...  Получаться как раз такие диски как на картинке! Хэнд мэйд дефицитный АЭ!

Да, я примерно такое и имел в виду. Только с допированием надо угадать - у дисков допирование большое, у стержней маленькое.

Стержень под нарезание на диски, даже толстый, можно купить дешево: поврежденный! Довольно часто на eBay бывают такие - с трещинами, с битыми торцами и т.д., пригодные только для разрезания. Иногда можно купить даже необработанную булю Чохральского - только с ними надо осторожнее, можно нарваться на "ювелирное качество", а надо "оптическое". (Отбраковка Nd:YAG и вообще YAG гранится и идет в ювелирку).

[Gall]

Только что заметил, что в английской википедии оказывается расчетные формулы есть:
http://en.wikipedia.org/wiki/Disk_laser