Dispositivo láser y procedimiento de generación de luz láser.
Dispositivo láser que comprende
- una pluralidad de tubos resonadores (12) lineales para excitar un gas,
estando los tubos resonadores (12)en comunicación fluida entre sí y formando un espacio tubular común,
- unos elementos de conexión (20) dispuestos en esquinas entre tubos resonadores (12) adyacentes delespacio tubular común y tubos resonadores (12) adyacentes de conexión,
- unos medios de excitación (50) para los tubos resonadores (12) para excitar el gas en los tubosresonadores (12) para generar una luz láser,
- unos espejos (22) dispuestos en los elementos de conexión (20) para reflejar la luz láser entre los tubosresonadores (12), y
- un acoplador de salida parcialmente reflectante (42) para el acoplamiento de un haz láser,
caracterizado porque
los tubos resonadores (12), que están en comunicación fluida entre sí, están dispuestos en forma de una hélice, querodea un espacio central (8) libre de tubos resonadores (12).
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11007185.
Solicitante: ALLTEC Angewandte Laserlicht Technologie Gesellschaft mit beschränkter Haftung.
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: An der Trave 27-31 23923 Selmsdorf ALEMANIA.
Inventor/es: RYAN, DANIEL, J., ARMBRUSTER,KEVIN L, GILMARTIN,BRAD D, KUECKENDAHL,PETER J, RICHARD,BERNARD J.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B23K26/06 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B23 MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO EN OTRO LUGAR. › B23K SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO O CHAPADO POR SOLDADURA O SOLDADURA SIN FUSION; CORTE POR CALENTAMIENTO LOCALIZADO, p. ej. CORTE CON SOPLETE; TRABAJO POR RAYOS LASER (fabricación de productos revestidos de metal por extrusión de metales B21C 23/22; realización de guarniciones o recubrimientos por moldeo B22D 19/08; moldeo por inmersión B22D 23/04; fabricación de capas compuestas por sinterización de polvos metálicos B22F 7/00; disposiciones sobre las máquinas para copiar o controlar B23Q; recubrimiento de metales o recubrimiento de materiales con metales, no previsto en otro lugar C23C; quemadores F23D). › B23K 26/00 Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte o taladrado. › Determinación de la configuración del haz de rayos, p. ej. con ayuda de máscaras o de focos múltiples.
- B23K26/08 B23K 26/00 […] › Dispositivos que tiene un movimiento relativo entre el haz de rayos y la pieza.
- H01S3/03 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01S DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN EL PROCESO DE AMPLIFICACION DE LUZ MEDIANTE EMISION ESTIMULADA DE RADIACIÓN [LASER] PARA AMPLIFICAR O GENERAR LUZ; DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN EMISION ESTIMULADA DE RADIACION ELECTROMAGNETICA EN RANGOS DE ONDA DISTINTOS DEL ÓPTICO. › H01S 3/00 Láseres, es decir, dispositivos que utilizan la emisión estimulada de la radiación electromagnética en el rango de infrarrojos, visible o ultravioleta (láseres de semiconductores H01S 5/00). › de tubos láser de descarga en el gas.
- H01S3/07 H01S 3/00 […] › consistentes en una pluralidad de partes, p. ej. segmentos (H01S 3/067 tiene prioridad).
- H01S3/0975 H01S 3/00 […] › utilizando una excitación inductiva o capacitiva.
PDF original: ES-2450467_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Dispositivo láser y procedimiento de generación de luz láser
La invención se refiere a un dispositivo láser que comprende una pluralidad de tubos resonadores lineales para excitar un gas, estando los tubos resonadores en comunicación fluida entre sí y que forman un espacio tubular común, elementos de conexión dispuestos en esquinas entre tubos resonadores adyacentes del espacio tubular común, medios de excitación para los tubos resonadores para excitar el gas en los tubos resonadores para la generación de una luz láser, espejos dispuestos en los elementos de conexión para reflejar la luz láser entre los tubos resonadores, y un acoplador de salida parcialmente reflectante para el acoplamiento de un haz láser .
La invención se refiere además a un procedimiento para la generación de luz láser.
La potencia de salida de un dispositivo láser se determina, entre otros factores, por la longitud del espacio tubular, en particular, la distancia entre el acoplador de salida y un espejo trasero. Esto significa que a medida que aumenta el requisito de potencia también lo hace la longitud del láser. Cuando la potencia del láser se aproxima de 20 a 30 vatios, la longitud del dispositivo láser puede llegar a ser poco práctica para muchas aplicaciones.
Los desarrolladores de láser han utilizado espacios tubulares plegados, como se muestra en la figura 1, para minimizar el aumento de la longitud a expensas de la sección transversal. El enfoque de diseño de estos desarrolladores de láser ha sido minimizar la sección transversal del láser comprimiendo los pliegues tan cerca como sea posible.
Sin embargo, en muchas aplicaciones, en especial en aplicaciones de marcado, donde el espacio es un bien escaso, la sección transversal larga pero pequeña del diseño del láser resulta en un reto, si no imposibles problemas de integración.
El documento US 5.115.446 divulga una estructura de transporte para las bridas y otros elementos de dos trayectorias de hazes láser. De acuerdo con una realización, las dos trayectorias de hazes láser están acopladas mediante espejos para formar una trayectoria única y común del haz láser.
El documento US 4.912.718 divulga un láser que tiene una pluralidad de módulos que son al menos sustancialmente el mismo y están conectados entre sí en las esquinas de los módulos mediante bridas de conexión.
El documento JP 63-94695 A describe un láser que tiene una pluralidad de tubos láser dispuestos en un patrón cuadrado.
Es un objeto de la invención proporcionar un dispositivo láser y un procedimiento para la generación de luz láser que sean muy económicos y puedan proporcionar una alta potencia de salida.
El objeto se resuelve según la invención mediante un dispositivo láser que tiene las características de la reivindicación 1 y un procedimiento para la generación de luz láser que tiene características de la reivindicación 13. Las realizaciones preferidas se proporcionan en las reivindicaciones dependientes.
El dispositivo láser de acuerdo con la invención se caracteriza porque los tubos resonadores están dispuestos en forma de una hélice, que rodea un espacio central libre de tubos resonadores. El procedimiento para la generación de luz láser se caracteriza porque la luz láser se genera en una pluralidad de tubos resonadores que están en comunicación fluida y forman un espacio tubular común y que están dispuestos en forma de una hélice.
La disposición de hélice de los tubos resonadores proporciona un dispositivo láser compacto con una alta densidad de potencia. La alimentación del dispositivo láser se determina fundamentalmente por la longitud del espacio tubular, que forma una cavidad del dispositivo láser en el que se refleja la luz del láser entre un espejo trasero en un extremo y el acoplador de salida parcialmente reflectante en el extremo opuesto. Al plegar el resonador en un patrón helicoidal alrededor del espacio central libre, la longitud del resonador se puede aumentar sin aumentar en la misma cantidad la longitud total del dispositivo láser.
El dispositivo láser de la invención tiene un eje longitudinal que se extiende dentro del espacio central libre. Los tubos resonadores se enrollan de manera helicoidal alrededor del eje longitudinal.
Los tubos resonadores forman un espacio tubular común, que también se puede denominar como resonador del dispositivo láser. En otras palabras, el dispositivo láser comprende un resonador que incluye una pluralidad de tubos resonadores que pueden estar conectados de manera fluida entre sí.
El dispositivo láser de la invención puede ser un láser de gas y, en particular, un dispositivo láser de CO2, en el que el gas en el resonador o en los tubos resonadores incluye CO2. El gas es excitado mediante medios de excitación para generar luz láser dentro del resonador o de los tubos resonadores. Los principios de tales dispositivos láser son bien conocidos en la técnica, de manera que se omite aquí una descripción detallada de los mismos.
El dispositivo láser puede ser, en particular, un cabezal de marcado, y se utiliza preferentemente para el marcado o
grabado de un objeto con un haz láser.
El espejo trasero, que es preferiblemente un espejo totalmente reflectante, está dispuesto en un primer extremo del espacio tubular común del dispositivo láser. El acoplador de salida, en particular, un espejo parcialmente reflectante, está dispuesto en un segundo extremo opuesto del espacio tubular común. Por lo tanto, el resonador se define en los extremos axiales opuestos mediante el espejo trasero y el acoplador de salida. Una parte de la luz láser en el espacio tubular está acoplado como el haz láser a través del acoplador de salida.
El dispositivo láser proporciona un espacio libre interior que está rodeado por los tubos resonadores y en el que se pueden colocar componentes adicionales del dispositivo láser. Tales componentes adicionales pueden ser, por ejemplo, componentes electrónicos, tales como controladores para los medios de excitación, o componentes ópticos, tales como una o más lentes o uno o más espejos para una deflexión del haz láser. Tales componentes se alojan de forma segura en la cavidad interior libre en el centro del dispositivo láser.
La disposición helicoidal de los tubos resonadores también permite una refrigeración efectiva de los tubos resonadores, ya que los tubos resonadores no se comprimen como en la disposición plegada típica, como se muestra en la figura 1.
Los tubos resonadores son, en particular, tubos rectos lineales o, es decir, que tienen un eje longitudinal que se extiende a lo largo de una línea recta. Se pueden formar áreas de esquina entre tubos resonadores adyacentes.
Los elementos de conexión o bridas de esquina están dispuestos en las esquinas entre los tubos resonadores y están conectados en cada caso a dos tubos resonadores adyacentes. Los espejos para el acoplamiento de la luz láser entre los tubos resonadores se colocan o se alojan dentro de los elementos de conexión. Los elementos de conexión o bridas de esquina incluyen preferiblemente un material cerámico. Uno de los elementos de conexión comprende el acoplador de salida y el mismo u otro elemento de conexión comprende el espejo trasero.
En una realización preferida de la invención, los tubos resonadores están dispuestos en un patrón helicoidal poligonal, en particular un patrón helicoidal rectangular o cuadrado. La hélice tiene en este caso una sección transversal poligonal y los tubos resonadores rodean un espacio libre substancialmente poligonal. Preferiblemente, todo el dispositivo láser tiene una sección transversal poligonal, preferiblemente rectangular o cuadrada, con un espacio central poligonal o cúbico. Los tubos resonadores están dispuestos en las superficies exteriores del espacio central libre poligonal o cúbico.
En lugar de un patrón helicoidal rectangular o cuadrado, los tubos resonadores también pueden estar dispuestos en cualquier otra forma poligonal, por ejemplo, un patrón helicoidal triangular o una hélice que tiene una sección transversal con cinco, seis o más esquinas.
Según la invención, el ángulo que se forma entre dos tubos resonadores adyacentes es preferiblemente mayor que 60°, más preferiblemente al menos 90°. También se prefiere según la invención que los ángulos entre dos tubos resonadores adyacentes sean iguales.
Un dispositivo láser muy compacto, en particular, para el marcado de un objeto, se consigue porque el dispositivo láser puede estar configurado para emitir el haz láser en el espacio central libre rodeado por los tubos resonadores. Para este fin, puede proporcionarse... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Dispositivo láser que comprende
- una pluralidad de tubos resonadores (12) lineales para excitar un gas, estando los tubos resonadores (12) en comunicación fluida entre sí y formando un espacio tubular común,
- unos elementos de conexión (20) dispuestos en esquinas entre tubos resonadores (12) adyacentes del espacio tubular común y tubos resonadores (12) adyacentes de conexión,
-unos medios de excitación (50) para los tubos resonadores (12) para excitar el gas en los tubos resonadores (12) para generar una luz láser,
- unos espejos (22) dispuestos en los elementos de conexión (20) para reflejar la luz láser entre los tubos 10 resonadores (12) , y
- un acoplador de salida parcialmente reflectante (42) para el acoplamiento de un haz láser,
caracterizado porque los tubos resonadores (12) , que están en comunicación fluida entre sí, están dispuestos en forma de una hélice, que rodea un espacio central (8) libre de tubos resonadores (12) .
2. Dispositivo láser de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque los tubos resonadores (12) están dispuestos en un patrón en espiral rectangular o cuadrado.
3. Dispositivo láser de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el dispositivo láser (10) está configurado para emitir el haz láser en el espacio central libre (8) rodeado por los tubos resonadores (12) .
4. Dispositivo láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque al menos uno de los elementos de conexión (20) comprende al menos una cavidad interna que está en 25 comunicación fluida con al menos dos tubos resonadores (12) adyacentes del patrón helicoidal.
5. Dispositivo láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado porque al menos uno de los elementos de conexión (20) comprende una pluralidad de cavidades interiores separadas, que están, cada una, en comunicación fluida con dos tubos resonadores (12) adyacentes del patrón helicoidal.
6. Dispositivo láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque los tubos resonadores (12) en el patrón helicoidal tienen una pendiente constante.
7. Dispositivo láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque el patrón helicoidal de los tubos resonadores (12) está formado por una primera pluralidad de tubos resonadores (12a) dispuestos en planos paralelos y una segunda pluralidad de tubos resonadores (12b) que conectan en cada caso dos tubos resonadores (12a) de diferentes planos.
8. Dispositivo láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque el patrón helicoidal de los tubos resonadores está formado por tubos resonadores dispuestos en planos paralelos y canales de conexión para conectar en cada caso dos tubos resonadores de diferentes planos.
9. Dispositivo láser de acuerdo con la reivindicación 8,
caracterizado porque los canales de conexión están dispuestos en los elementos de conexión.
10. Dispositivo láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9,
caracterizado porque los medios de excitación (50) para cada tubo resonador (12) incluyen al menos un electrodo de radiofrecuencia (52) .
11. Dispositivo láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10,
caracterizado porque se proporciona un dispositivo de refrigeración para refrigerar simultáneamente una pluralidad de los tubos 10 resonadores.
12. Dispositivo láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11,
caracterizado porque el espacio tubular es un sistema de gas cerrado en el que no se prevé ninguna entrada de gas ni salida de gas para un flujo constante de gas a través del espacio tubular.
13. Procedimiento para la generación de luz láser con un dispositivo láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12,
caracterizado porque la luz láser se genera en una pluralidad de tubos resonadores (12) que están en comunicación fluida y forman un espacio tubular común y que están dispuestos en forma de una hélice.
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