Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 7018
(13) U
(46) 2011.02.28
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(51) МПК (2009)
H 01S 3/00
H 01S 3/02
(54) ЛАЗЕР
(21) Номер заявки: u 20100668
(22) 2010.07.27
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Пеленг" (BY)
(72) Авторы: Батюшков Валентин Вениами-
нович; Михайлов Юрий Тимофеевич;
Мышалов Павел Ильич; Поздняков
Павел Григорьевич; Ракуш Владимир
Валентинович; Синаторов Михаил
Петрович; Тареев Анатолий Михай-
лович (BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акцио-
нерное общество "Пеленг" (BY)
(57)
1. Лазер, содержащий блок питания и излучатель, включающий оптически связанные
активный элемент и источник оптической накачки, выполненный в виде одного или не-
скольких излучающих диодов, установленных на металлическом основании, при этом вы-
ход блока питания электрически связан с входом излучателя, отличающийся тем, что
излучатель снабжен металлическим корпусом, выполняющим функции металлического
основания и теплообменника, и термодатчиком, выход которого электрически связан с
входом блока питания, источник оптической накачки размещен на металлическом корпусе
с обеспечением теплового контакта, при этом металлический корпус излучателя имеет
плоскую установочную поверхность, предназначенную для установки излучателя на изде-
лии применения и теплообмена с ним.
2. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что активный элемент выполнен в виде активно-
го волоконного световода.
3. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что термодатчик установлен на внутренней по-
верхности металлического корпуса излучателя.
4. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что термодатчик установлен на внешней по-
верхности металлического корпуса излучателя.
5. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что термодатчик установлен в нише в металли-
ческом корпусе излучателя.
BY7018U2011.02.28

2. BY 7018 U 2011.02.28
2
6. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что источник оптической накачки размещен на
внутренней поверхности металлического корпуса излучателя.
7. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что источник оптической накачки размещен в
нише в металлическом корпусе излучателя.
8. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что источник оптической накачки размещен на
стойке, расположенной на металлическом корпусе излучателя, и при этом тепловой кон-
такт источника оптической накачки с металлическим корпусом выполнен посредством
тепловой трубы.
9. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что металлический корпус излучателя содержит
стенку, ограниченную двумя плоскопараллельными поверхностями, при этом первая по-
верхность служит в качестве плоской установочной поверхности, предназначенной для
установки излучателя на изделии применения и теплообмена с ним, а источник оптиче-
ской накачки размещен на второй поверхности либо в нише, выполненной открытой со
стороны второй поверхности.
(56)
1. Квантовая электроника. - 2001. - Т. 31, № 8. - С. 663.
2. Квантовая электроника. - 2002. - Т. 32, № 3. - С. 206 (прототип).
Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к устройст-
вам для генерации стимулированного излучения, и может быть использована для создания
лазеров, применяющихся в составе изделий, имеющих корпус с большой теплоемкостью,
например, в технологических лазерных установках для обработки материалов.
Известен лазер [1], включающий блок питания и электрически связанный с ним излу-
чатель, включающий зеркала резонатора, оптически связанные активный элемент и ис-
точник оптической накачки, выполненный в виде установленного на термостабилизаторе
лазерного диода. Однако при средних и больших мощностях накачки лазера требуется
сложная конструкция термостабилизатора.
Средние и большие мощности накачки позволяет обеспечить лазер [2], являющийся
наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранный в
качестве прототипа.
Лазер содержит блок питания и излучатель, включающий оптически связанные актив-
ный элемент и источник оптической накачки, выполненный в виде одного или нескольких
излучающих диодов, установленных на металлическом основании, при этом выход блока
питания электрически связан с входом излучателя, теплообменник в виде радиатора и ус-
тановленный между металлическим основанием и теплообменником термоэлектрический
элемент, при этом металлическое основание закреплено на радиаторе и имеет тепловую
связь с ним через термоэлектрический элемент.
Во время работы лазера излучающие диоды нагреваются и передают тепло металличе-
скому основанию, термоэлектрический элемент переносит тепло от него на теплообмен-
ник, который рассеивает его в окружающее пространство путем теплообмена с воздухом.
Однако в случае применения лазера в составе изделий, имеющих свой корпус с боль-
шой теплоемкостью, описанная в [2] конструкция лазера неоправданно сложна.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции лазера при использовании
лазера в составе изделий, имеющих свой корпус с большой теплоемкостью.
Предложен лазер, содержащий блок питания и излучатель, включающий оптически
связанные активный элемент и источник оптической накачки, выполненный в виде одного
или нескольких излучающих диодов, установленных на металлическом основании, при
этом выход блока питания электрически связан с входом излучателя.

3. BY 7018 U 2011.02.28
3
Новизна состоит в том, что излучатель лазера снабжен металлическим корпусом, вы-
полняющим функции металлического основания и теплообменника, и термодатчиком,
выход которого электрически связан с входом блока питания, источник оптической на-
качки размещен на металлическом корпусе с обеспечением теплового контакта, при этом
металлический корпус излучателя имеет плоскую установочную поверхность, предназна-
ченную для установки излучателя на изделии применения и теплообмена с ним.
Активный элемент лазера может быть выполнен в виде активного волоконного свето-
вода.
Термодатчик может быть установлен на внутренней поверхности металлического кор-
пуса излучателя.
В других вариантах исполнения термодатчик может быть установлен на внешней по-
верхности металлического корпуса излучателя или в нише в металлическом корпусе излу-
чателя.
Источник оптической накачки может быть размещен на внутренней поверхности ме-
таллического корпуса излучателя.
В других вариантах исполнения источник оптической накачки может быть размещен в
нише в металлическом корпусе излучателя либо на стойке, расположенной на металличе-
ском корпусе излучателя, при этом, в последнем случае, тепловой контакт источника оп-
тической накачки с металлическом корпусом выполнен посредством тепловой трубы.
Возможно, что в лазере металлический корпус излучателя содержит стенку, ограни-
ченную двумя плоскопараллельными поверхностями, при этом первая поверхность слу-
жит в качестве плоской установочной поверхности, предназначенной для установки
излучателя на изделии применения и теплообмена с ним, а источник оптической накачки
размещен на второй поверхности либо в нише, выполненной открытой со стороны второй
поверхности.
Наличие у излучателя лазера металлического корпуса, выполняющего функции ме-
таллического основания и теплообменника, и размещение источника оптической накачки
на металлическом корпусе с обеспечением теплового контакта позволяют устанавливать
источник оптической накачки на металлический корпус и отводить при работе лазера на
металлический корпус излучателя тепло от источника оптической накачки.
Наличие у излучателя лазера термодатчика, выход которого электрически связан с
входом блока питания, позволяет отключать блок питания лазера при недопустимо высокой
температуре излучателя лазера и таким образом обеспечить безотказную работу лазера.
Наличие у металлического корпуса излучателя лазера плоской установочной поверх-
ности, предназначенной для установки излучателя на изделии применения и теплообмена
с ним, позволяет обеспечить надежный тепловой контакт плоской установочной поверх-
ности металлического корпуса излучателя лазера с изделием применения, что приводит к
эффективному отводу тепла на изделие применения и увеличению длительности непре-
рывной работы лазера.
Таким образом, описанный отвод тепла от источника оптической накачки на металли-
ческий корпус излучателя лазера и от него на изделие применения позволяет обеспечить
безотказную работу лазера и, соответственно, обеспечить возможность создания упро-
щенной конструкции лазера.
Возможное выполнение лазера с активным элементом в виде активного волоконного
световода позволяет скомпоновать излучатель лазера с минимальными габаритными раз-
мерами.
Возможное выполнение лазера с установкой термодатчика на внутренней поверхности
металлического корпуса излучателя позволяет регистрировать температуру активного
элемента излучателя лазера и отключать блок питания лазера при недопустимо высокой
температуре активного элемента излучателя лазера, что обеспечивает безотказную работу
лазера.

4. BY 7018 U 2011.02.28
4
Возможное выполнение лазера с установкой термодатчика на внешней поверхности
металлического корпуса излучателя позволяет регистрировать температуру источника оп-
тической накачки излучателя лазера и отключать блок питания лазера при недопустимо
высокой температуре источника оптической накачки излучателя лазера, что обеспечивает
безотказную работу лазера.
Возможное выполнение лазера с установкой термодатчика в нише в металлическом
корпусе излучателя позволяет уменьшить объем излучателя лазера.
Возможное выполнение лазера с размещением источника оптической накачки на внут-
ренней поверхности металлического корпуса излучателя позволяет улучшить отвод тепла
от источника оптической накачки. Возможное выполнение лазера с размещением источ-
ника оптической накачки в нише в металлическом корпусе излучателя позволяет умень-
шить объем излучателя лазера.
Возможное выполнение лазера с размещением источника оптической накачки на стой-
ке, расположенной на металлическом корпусе излучателя, и выполнение при этом тепло-
вого контакта источника оптической накачки с металлическом корпусом посредством
тепловой трубы позволяет скомпоновать излучатель лазера с минимальным объемом.
Возможное выполнение лазера с металлическим корпусом излучателя, содержащим
стенку, ограниченную двумя плоскопараллельными поверхностями, где первая поверх-
ность служит в качестве плоской установочной поверхности, предназначенной для уста-
новки излучателя на изделии применения и теплообмена с ним, а источник оптической
накачки размещен на второй поверхности или в нише, выполненной открытой со стороны
второй поверхности, позволяет улучшить отвод тепла от металлического корпуса излуча-
теля и упростить конструкцию лазера.
Полезная модель поясняется чертежом. На фигуре представлена схема лазера.
Лазер содержит блок питания 1 и излучатель 2, вход которого электрически связан с
выходом блока питания 1. Излучатель 2 включает активный элемент 3, металлический
корпус 4, источник оптической накачки, в качестве которого использованы излучающие
полупроводниковые диоды 5, термодатчик 6, выход которого электрически связан с вхо-
дом блока питания 1.
Металлический корпус 4 излучателя лазера изготовлен из алюминия и имеет плоскую
установочную поверхность 7, предназначенную для установки излучателя лазера на изде-
лии применения (не показано) и теплообмена с ним. Для лучшего теплоотвода возможно
выполнение установочной поверхности изделия применения (не показано) плоской или
имеющей отдельные плоские поверхности.
Источник оптической накачки выполнен в виде двух излучающих диодов 5, установ-
ленных на внутренней поверхности металлического корпуса 4 с обеспечением теплового
контакта.
Источник оптической накачки может быть размещен также в нише в металлическом
корпусе 4 излучателя 2.
При размещении источника оптической накачки на стойке, расположенной на метал-
лическом корпусе 4 излучателя 2, отвод тепла от источника оптической накачки возможно
выполнить посредством тепловой трубы, один конец которой находится в тепловом кон-
такте с излучающими диодами 5, а другой конец которой находится в тепловом контакте с
металлическим корпусом 4.
В другом варианте исполнения металлический корпус 4 излучателя 2 содержит стен-
ку, ограниченную двумя плоскопараллельными поверхностями, при этом первая поверх-
ность служит в качестве плоской установочной поверхности 7, предназначенной для
установки излучателя 2 на изделии применения и теплообмена с ним, а источник оптиче-
ской накачки размещен на второй поверхности либо в нише, выполненной открытой со
стороны второй поверхности.

5. BY 7018 U 2011.02.28
5
Таким образом, металлический корпус 4 излучателя 2 лазера выполняет функции ме-
таллического основания и теплообменника.
Активный элемент 3 выполнен в виде активного волоконного световода с зеркалами
на концах, в который вводится через стыковочные элементы излучение излучающих дио-
дов 5. Однако возможны и другие конструкции активного элемента 3, например, в виде
цилиндрического стержня или параллелепипеда.
Термодатчик 6, установленный на внутренней поверхности металлического корпуса 4
излучателя лазера, при этом выход термодатчика электрически связан с входом блока пи-
тания 1, регистрирует температуру активного элемента 3 излучателя 2 лазера и выдает на
блок питания 1 термозависимый электрический сигнал.
Возможна и установка термодатчика 6 на внешней поверхности металлического кор-
пуса 4 излучателя 2 или в нише в металлическом корпусе 4 излучателя 2 лазера.
Лазер работает следующим образом.
Блок питания 1 обеспечивает электрический ток накачки излучающих диодов 5, излу-
чение которых накачивает активный элемент 3 в виде активного волоконного световода с
зеркалами на концах. Генерируемое излучение лазера выходит через конец активного во-
локонного световода с полупрозрачным зеркалом.
В процессе работы часть электрической мощности, потребляемой излучающими дио-
дами 5 и не преобразованной в оптическое излучение, переходит в тепловую энергию. Излу-
чающие диоды 5 нагреваются, тепло их переходит в металлический корпус 4 излучателя 2
лазера, который, в свою очередь, передает его через плоскую установочную поверхность 7
изделию применения лазера.
Так как выделяемое тепло рассеивается на металлический корпус 4 излучателя 2 лазе-
ра, а через него на корпус изделия применения лазера, температура излучающих диодов 5
поддерживается определенное время в допустимых пределах.
Как только температура излучателя 2 лазера превышает допустимую, термозависимый
электрический сигнал термодатчика 6, поступающий на вход блока питания 1, превышает
заданную величину, и блок питания 1 отключает электрическое питание излучателя
2 лазера.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет упростить конструкцию лазера
при использовании лазера в составе изделий, имеющих свой корпус с большой теплоем-
костью.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.