II.1 Разработка принципиальной схемы с диодной накачкой и волоконным выходом
Рис1 Принципиальная схема лазера
При разработке данного лазера во внимание бралось множество факторов таких как: размеры, теплоотвод, расположение основных узлов лазера, вывод излучения в волокно, система управления, накачка активного элемента.
Рис2: 1- вывод в волокно, 2- оптическая система (активный элемент, система фокусировки излучения),3-лазерный диод, 4- элемент Пельтье, 5- корпус лазера так же выполняющий функции радиатора.
рис3. Блок схема основных частей лазера
Как видно из блок схемы (рис 3) компактного неодимового лазера с диодной накачкой и волоконным выходом, лазер можно разделить на пять основных блоков:
1)Активный элемент (чип)
2)Система фокусировки излучения
3)Лазерный диод
4)Элемент Пельтье
5)Плата управления
II.3 Технические требования к узлам лазера. Сопряжение физикотехнических характеристик при сборке лазера.
II.3.1 Чип-лазер
В качастве активного элемента был выбран микрочип Nd:YAG – Cr4+:YAG (лазерный кристалл диффузионной сварки). Концентрация ионов Nd:YAG составляет 1%. Cr4+:YAG выполнет функции пасивного затвора и имеент начальное пропускание 70+/-2%
рис1. микрочип Nd:YAG – Cr4+:YAG
Произведен кристалл был чешской компанией CRYTUR. Его диаметр составляет 4мм, длинна - 7мм. На торцевые поверхности кристалла напылены зеркала: со стороны Nd:YAG напылено глухое для длинны волны 1064 нм, и прозрачное для длинны волны 808нм. Со стороны Cr:YAG напылено зеркало с коофициентом отражения 87+/-2% для длинны волны 1064нм.
II.3.2 Лазерный диод
П
ри
сборке лазера использовался лазерный
диод с волоконным выходом c длинной
волны 808 нм.
рис2. Лазерный диод (808нм)
Данный лазерный диод обладает следующими характеристиками:
1) Выходная мощность: 2ВТ
2) Центральная длинна волны: 808нм+/-3нм
3) Спектральная ширина: 3нм
4) Температурный коэфициент: ~0.3нм/ C
5) Диаметр волокна: 105мкм
6) N.A: 0.22NA
7) Разъем: SMA-905
8) Рабочий ток - 2.5A
9) Ток генерации - 0.4A
10) Рабочее напряжение - 2.1-2.3В
11) Рабочая температура: 10~30 C
12) Гарантированое время работы: 10000 часов
13) Габариты (без волокна): 31×12.7×12.5мм
II.3.2 Плата управления (sdc)
Плата управления (SDC) преднозначена для питания лазерного диода, а так же его термостабилизации. Изначально данная плата управления разрабатывалсь исключительно для маломощных диодов с токами до 0.5А, но специально для данного проекта плата управления была модернизирована. После изменений стало возможным подпитывать диоды до 2.5А.
Основные параметры плты управления:
1) Входное напряжение – 5В
2) Выходной режим – непрерывный
3) Максимальный ток – 2.5 А
4) Напяжение -2В
5) Точность ТЕС – 0.1 С
6) Температурный рабочий диапазон от -60С до +70С
рис 3. Плата управления (SDC)
II.3.3 Элемент Пельтье
Элемент Пельтье предназаначен для термостабилизации лазерного диода. Термостабилизация осуществляется по средством обратной связи которая обеспечивается с помощью термистора. В свою очередь управление элементом Пельтье происходит при помощи платы SDC.
рис4. Элемент пельтье
Основные характеристики элемента Пельтье:
1) Максимальное рабочее напряжение - 2В
2) Максимальный рабочий ток - 8.5А
3) Внешние размеры - 15 x 15 x 3.7мм
4) Максимальная мощность - 9.5Вт
5) Материал - Al2O3
6) Материал контакта - BiSn
7) Максимальная разница температур - 68°C
8) Рабочая температура - max. 138°C
9) Сопротивление - 0.24Ом