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Patentes

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Número de publicaciónDE4124413 A1
Tipo de publicaciónSolicitud
Número de solicitudDE19914124413
Fecha de publicación28 Ene 1993
Fecha de presentación23 Jul 1991
Fecha de prioridad23 Jul 1991
Número de publicación19914124413, 914124413, DE 4124413 A1, DE 4124413A1, DE-A1-4124413, DE19914124413, DE4124413 A1, DE4124413A1, DE914124413
InventoresBernd Herzhoff
SolicitanteBernd Herzhoff
Exportar citaBiBTeX, EndNote, RefMan
Enlaces externos: DPMA, Espacenet
Subminiature, semiconductor, power solid state laser - is optically energised by number of LED chips with radiation impinging on jacket of laser-active crystal
DE 4124413 A1
Resumen
The semiconductor solid laser has an active crystal (7) in the form of an optical resonator of a crystal doped especially for electromagnetic radiation for generating the laser effect. The optical excitation is carried out by a number of LEDs in the form of semicondcutor chips (6), whose radiation is directed onto the outer surface of the crystal. Pref., the radiation of the LED chips for HF crystal excitation lies in the UV range. The LED chips may be secured to the inner faces of polygonal LED supports (5a,b) fitted round the crystal, typically consisting of two half-shells. Cooling microchannels are provided in the LED supports or between the supports and an external housing (1). USE/ADVANTAGE - For YAG crystal lasers, with very compact design, very long service life, and easy handling.
Reclamaciones(14)  traducido del alemán
1. Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser mit einem laseraktiven Kristall ( 7 ) in der Form eines opti schen Resonators aus einem speziell für elektromagnetische Strahlung zur Erzeugung des Lasereffekts dotierten Kri stalls, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Anregung durch eine Vielzahl von Leuchtdioden in Form von Halbleiter-LED-Chips ( 6 ), deren Strahlung ( 8 ) auf die Mantelfläche des laseraktiven Kristalls ( 7 ) gerich tet ist, erfolgt. 1. subminiature high performance semiconductor solid-state laser having a laser-active crystal (7) stalls, characterized in the form of an opti's resonator of a specially doped for electromagnetic radiation to produce the laser effect Kri that the optical excitation by a plurality of light emitting diodes form of semiconductor LED chips (6), the radiation (8) is switched on the court lateral surface of the laser-active crystal (7), takes place.
2. Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung ( 8 ) der LED-Chips ( 6 ) zur hochfrequenten Anregung des la seraktiven Kristalls ( 7 ) im UV-Bereich liegt. 2. subminiature high performance semiconductor solid-state laser according to claim 1, characterized in that the radiation (8) of the LED chips (6) for high-frequency excitation of the la seraktiven crystal (7) in the UV range.
3. Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Chips ( 6 ) auf den Innenflächen eines um den laseraktiven Kristall ( 7 ) konzentrisch angeordneten polygonen LED-Trägers ( 5 a, 5 b) befestigt sind. 3. subminiature high performance semiconductor solid-state laser according to claim 1, characterized in that the LED chips (6) on the inner surfaces of a to the laser-active crystal (7) concentrically arranged polygons LED carrier (5 a, 5 b) are fixed ,
4. Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der polygone LED-Träger ( 5 a, 5 b) aus zwei Halbschalen besteht. 4. subminiature high performance semiconductor solid-state laser according to claim 3, characterized in that the polygons LED carrier (5 a, 5 b) consists of two half-shells.
5. Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Strahlung ( 8 ) der LED-Chips ( 6 ) optimal auf die Absorp tion und damit die Umwandlung der Anregungsenergie im la seraktiven Kristall ( 7 ) zur Erzielung einer maximalen Aus gangsleistung abgestimmt ist. 5. subminiature high performance semiconductor solid-state laser according to claim 1, characterized in that the frequency of the radiation (8) of the LED chips (6) optimally tion on the absorp and thus the transformation of the excitation energy in the la seraktiven crystal (7) for For achieving maximum output power is matched.
6. Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Stromzufüh rungen ( 9 ) einschließlich der halbschalenförmigen polygonen LED-Träger ( 5 a, 5 b) zur effektiveren Stromzuführung und besseren Wärmeableitung in Reinsilber ausgeführt sind. 6. subminiature high performance semiconductor solid-state laser according to claim 3, characterized in that Stromzufüh extensions (9) including a semi-circular polygonal LED carrier (5 a, 5 b) are performed for more effective supply of power and better heat dissipation in pure silver.
7. Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kontaktplatte ( 11 ) auch an der Frontseite der halbschalen förmigen polygonen LED-Träger ( 5 a, 5 b) angebracht ist, wel che über eine ausreichende Querschnittsvergrößerung von ei nigen Stromzuführungen ( 9 ) eine günstigere, effektivere Stromzuführung der LED-Chips ( 6 ) insbesondere bei einer größeren Anzahl der LED-Chips ( 6 ) gewährleistet ist. 7. subminiature high performance semiconductor solid-state laser according to claim 6, characterized in that a second contact plate (11) also on the front side of the half-shells shaped polygonal LED carrier (5 a, 5 b) is mounted, wel surface for a sufficient cross-sectional enlargement is ensured by EI Nigen supply leads (9) favorable, more effective power supply of the LED chips (6) in particular with a larger number of the LED chips (6).
8. Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem äuße ren Gehäuse ( 1 ) eine Schalteinrichtung ( 3 ) zum Einschalten der Stromversorgung ( 4 ) vorgesehen ist. 8. subminiature high performance semiconductor solid-state laser according to claim 1, characterized in that in a äuße Ren housing (1) is provided a switching device (3) for switching on the power supply (4).
9. Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Innenfläche der halbschalenförmigen polygonen LED-Träger ( 5 a, 5 b), der nicht mit LED-Chips ( 6 ) bedeckt ist, zur Re flektion diffuser Strahlung ( 8 ) der LED-Chips ( 6 ) entspre chend verspiegelt ist. 9. subminiature high performance semiconductor solid-state laser according to claim 4, characterized in that the part of the inner surface of the half-shell-shaped polygonal LED carrier (5 a, 5 b) which is not covered by LED chips (6), to re inflection diffuse radiation (8) of the LED chips (6) accordingly is mirrored.
10. Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kaskadie rung der halbschalenförmigen polygonen LED-Träger ( 5 a, 5 b) und der entsprechenden laseraktiven Kristalle ( 7 ) eine Lei stungssteigerung ermöglicht. 10. subminiature high performance semiconductor solid-state laser according to claim 1, characterized in that a Kaskadie tion a semi-circular polygonal LED carrier (5 a, 5 b) and the corresponding laser-active crystals (7) a Lei stungssteigerung possible.
11. Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mikrokanäle für Kühlmedien in den halbschalenförmigen polygonen LED-Trägern ( 5 a, 5 b) angebracht sind. 11. subminiature high performance semiconductor solid-state laser according to claim 4, characterized in that microchannels for cooling the media in the half-shell-shaped polygonal LED carriers (5 a, 5 b) are mounted.
12. Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium durch entsprechende Zuführungen, die zusammen mit den Ver sorgungsstromleitungen in der Zuleitung ( 4 a) angebracht sind, dem Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörper laser zugeführt wird. 12. subminiature high performance semiconductor solid-state laser according to claim 1, characterized in that the cooling medium are mounted by corresponding supply lines, the sorgungsstromleitungen together with the Ver in the feed line (4 a), the subminiature high performance semiconductor solid is applied to laser ,
13. Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die halbscha lenförmigen polygonen LED-Träger ( 5 a, 5 b) an ihrer Außen seite Aussparungen in Längsrichtung aufweisen, so daß Kühlkanäle zwischen den halbschalenförmigen polygonen LED-Trägern ( 5 a, 5 b) und dem äußeren Gehäuse ( 1 ) zur Durchlei tung des Kühlmediums ausgebildet sind. 13. subminiature high performance semiconductor solid-state laser according to claim 4, characterized in that the half-shell lenförmigen polygonal LED carrier (5 a, 5 b) have on their outer side recesses in the longitudinal direction, so that cooling channels between the shell-shaped polygonal LED boards (5 a, 5 b) and the outer housing (1) are adapted to Durchlei direction of the cooling medium.
14. Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine optimale elektrische Leistungsanpassung durch eine einfache oder mehrfache Reihenschaltung einzelner oder mehrerer Segmente der halbschalenförmigen polygonen LED-Träger ( 5 a, 5 b) er folgt. 14. subminiature high performance semiconductor solid-state laser according to claim 1, characterized in that an optimum electrical impedance matching by a single or multiple series connection of one or more segments of the half-shell-shaped polygonal LED carrier (5 a, 5 b) follows.
Descripción  traducido del alemán

Die Erfindung betrifft einen Subminiatur-Hochleistungs- Halbleiter-Festkörperlaser mit einem laseraktiven Kristall in der Form eines optischen Resonators aus einem speziell für elektromagnetische Strahlung zur Erzeugung des Laser effekts dotierten Kristalls. The invention relates to a subminiature high performance semiconductor solid-state laser having a laser-active crystal in the form of an optical resonator of a specially for electromagnetic radiation to produce the laser effect doped crystal.

Bei bekannten Festkörperlasern, bei denen als laseraktives Material Rubinkristalle oder Neodym-Yttrium-Aluminiumgranat (Nd-YAG) dotierte Kristalle Verwendung finden, erfolgt die Anregung der stimulierten Lichtemission innerhalb des la seraktiven Kristalls durch eine Energiezufuhr von außen in Form intensiver Strahlung durch eine Hochleistungs-Anre gungslichtquelle (optisches Pumpen), bspw. durch eine Blitzlampe oder einen weiteren Laser. In known solid-state lasers in which the laser active material ruby crystals or neodymium-yttrium-aluminum garnet (Nd-YAG) doped crystals are used, the excitation of stimulated light emission within the la seraktiven crystal by an external energy source, in the form of intense radiation is provided by a high-performance Anre supply light source (optical pumping), eg. by a flash lamp or another laser.

Wird ein laseraktives Material, das durch die Anordnung zwischen zwei spiegelnden Flächen einen optischen Resonator bildet, optisch in entsprechender Weise angeregt, so ent steht ein optischer Generator für elektromagnetische Schwingungen im elektromagnetischen Frequenzbereich, beson ders im Bereich des optisch sichtbaren Spektrums. If a laser active material constituting the arrangement between two reflective surfaces an optical resonator, optically excited in an appropriate manner, so ent is an optical generator of electromagnetic oscillations in the electromagnetic frequency range, FITS in the region of the optically visible spectrum. Über trifft dabei die Lichtverstärkung im laseraktiven Material die Verluste für einen Umlauf der zwischen Spiegeln hin- und herreflektierten Lichtwelle, so beginnt der Festkörper laser auf einer für das laseraktive Material charakteristi schen Wellenlänge zu schwingen, wobei sich zwischen den Spiegeln ein stehendes, elektromagnetisches, optisches Wel lenfeld bildet. About this makes the light amplification in the laser active material losses for a round of back and forth between mirrors and herreflektierten light wave, the solid begins laser on a swing for the laser active material charac rule wavelength, between mirrors a standing electromagnetic, optical Wel cell array is formed. Zur Auskoppelung des eigentlichen Laser strahls aus dem optischen Resonator ist einer der beiden Spiegel des optischen Resonators schwach durchlässig. For extracting the actual laser beam from the optical resonator one of the two mirrors of the optical resonator is slightly permeable.

Die Dauer der Lichtemission bzw. der stehenden Welle hängt davon ab, wie lange die Hochleistungs-Anregungslichtquelle (Pumpwelle) die Oszillation im optischen Frequenzbereich durch entsprechende Einstrahlung aufrechterhalten kann. The duration of light emission and the standing wave depends on how long the high-excitation light source (pump wave), the oscillation can be maintained by appropriate radiation at optical frequencies.

Bekannte Festkörperlaser werden ua auf der Basis eines YAG-Kristalls (Yttrium-Aluminium-Granat-Kristall) herge stellt und durch Beleuchten mit Lampen angeregt. Known solid-state lasers are, inter alia, on the basis of a YAG crystal (yttrium aluminum garnet crystal) Herge and is excited by illumination with lamps. Dieses la seraktive Material arbeitet schon bei Zimmertemperatur und erreicht eine Ausgangsleistung von einigen Watt bis zu ei nigen Kilowatt bei Impulsbetrieb. This la seraktive material already operates at room temperature and reaches an output power of a few watts to kilowatts egg Nigen in pulsed mode. Ein Dauerbetrieb bzw. Im pulsbetrieb ist jedoch nur unter hohem Energieeinsatz und entsprechend großen mechanischen Abmessungen des Festkör perlasers möglich. However, a continuous operation or in pulse operation is possible only perlasers with high energy input and correspondingly large mechanical dimensions of the Festkör.

Insbesondere im Dauerbetrieb treten bei gewünschten größe ren Ausgangsleistungen des Festkörperlasers von etwa 5 bis 30 Watt besondere Probleme in thermischer Hinsicht sowie in bezug auf die mechanischen Abmessungen auf. In particular, in continuous operation have particular problems in thermal terms, and in terms of the mechanical dimensions at desired size ren output power of the solid-state laser of about 5 to 30 watts. Infolge der für eine kontinuierliche Anregung der Oszillation im YAG-Kri stall des Festkörperlasers erforderlichen höheren Anre gungsleistung ist es schwierig, die entstehende Wärmemenge abzuführen, so daß hierbei üblicherweise ein ausreichend großes Gehäusevolumen bereitgestellt werden muß. As a result of a continuous excitation of the oscillation in the YAG-Kri stall the solid state laser power supply required higher Anre it is difficult to dissipate the heat, so that in this case a sufficiently large volume casing normally have to be provided. Durch ein großes Gehäusevolumen und eine entsprechende Energieversor gung sind jedoch die Verwendbarkeit sowie die Handhabbar keit des Festkörperlasers für eine größere Leistung im Dau erbetrieb und damit auch im mobilen Einsatz stark einge schränkt. Tion by a large case volume and a corresponding Energieversor However, the usability and the Manageable speed of the solid-state laser are tinuous operation for greater power in Dau, and thus also for mobile applications is severely limits.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Anregung des la seraktiven Materials eines Halbleiter-Festkörperlasers der art vorzunehmen, daß bei sehr kleiner Baugröße des gesamten Halbleiter-Festkörperlasers eine hohe Dauerleistung und eine gute Handhabbarkeit erzielt werden kann. It is therefore an object of the invention to make the suggestion of la seraktiven material of a semiconductor solid-state laser of art that at very small size of the entire semiconductor solid-state laser high continuous power and good handling can be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Sub miniatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser, bei dem die optische Anregung durch eine Vielzahl von Leuchtdioden in Form von Halbleiterchips, deren Strahlung auf die Man telfläche des laseraktiven Kristalls gerichtet ist, er folgt. This object is achieved by a sub miniature high-performance semiconductor solid laser in which the optical excitation is directed by a plurality of light emitting diodes in the form of semiconductor chips, the radiation jacket surface of the Man of the laser-active crystal, he follows.

Erfindungsgemäß erfolgt somit die optische Anregung des la seraktiven Kristalls, bspw. eines YAG-Kristalls, mit Hilfe einer Vielzahl von einzelnen Leuchtdioden in Form von Halb leiter LED-Chips, die derart angeordnet sind, daß die Strahlung jedes LED-Chips auf die Mantelfläche des laserak tiven Kristalls gerichtet ist und damit eine sehr gleichmä ßige Ausleuchtung und eine wirkungsvolle optische Anregung der Oszillation im laseraktiven Kristall gewährleistet ist. According to the invention thus is carried out, the optical excitation of the la seraktiven crystal, for example. A YAG crystal, with the aid of a plurality of individual light-emitting diodes in the form of semiconductor LED chips, which are arranged such that the radiation of each LED chip of the lateral surface laserak tive crystal is oriented and thus a very gleichmä lar illumination and an effective optical excitation of oscillations in the laser-active crystal is guaranteed.

Auf diese Weise ist es möglich, infolge der sehr geringen Baugröße der LED-Chips eine Vielzahl dieser Bauelemente in einem sehr kleinen Gehäuse des Subminiatur-Hochleistungs- Halbleiter-Festkörperlasers anzuordnen, wobei über die Summe der Einzelleistungen der LED-Chips die Ausgangslei stung des Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörper lasers trotz sehr kleiner mechanischer Abmessungen bis in den Wattbereich, insbesondere auch im Dauerbetrieb bestimmt werden kann. In this way it is possible to arrange due to the very small size of the LED chips a variety of these devices in a very small package of subminiature high-performance semiconductor solid-state laser, with more than the sum of the individual contributions of the LED chips which Ausgangslei Stung of subminiature -Hochleistungs semiconductor solid-state lasers in spite of very small mechanical dimensions down to the tidal range, can be determined in particular in continuous operation. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von LED-Chips eine mechanisch unempfindliche Ausführung des Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlasers. Moreover, the use of LED chips allows a mechanically resistant design of the subminiature high power semiconductor solid-state laser.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dargelegt. In the dependent claims advantageous embodiments of the invention are set forth.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels mit Bezugnahme auf die Zeichnungen (1-4) näher be schrieben. The invention will hereinafter by way of Ausführungsbei game with reference to the drawings (1-4) be described in more detail. Es zeigen: In the drawings:

Fig. 1 die Außenansicht des Subminiatur-Hochleistungs-Halb leiter-Festkörperlasers, Fig. 1 shows the exterior view of the subminiature high-performance semi-conductor solid-state laser

Fig. 2 eine Schnittansicht des Subminiatur-Hochleistungs Halbleiter-Festkörperlasers gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a sectional view of the subminiature high performance semiconductor solid-state laser of FIG. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt des Subminiatur-Hochleistungs-Halb leiter-Festkörperlasers gemäß Fig. 1, und Fig. 3 shows a longitudinal section of the subminiature high-performance semi-conductor solid state laser of FIG. 1, and

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der halbschalenförmi gen polygonen LED-Träger mit eingesetzten LED-Chips. Fig. 4 is a perspective view of the halbschalenförmi conditions polygonal LED carrier with inserted LED chips.

In Fig. 1, die eine Außenansicht des Ausführungsbeispiels des Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlasers zeigt, ist mit 1 ein äußeres Gehäuse bezeichnet, das an der vorderen Stirnfläche eine Austrittsöffnung 2 für den Laser strahl 2 a aufweist. In Fig. 1, which shows an external view of the embodiment of the subminiature high performance semiconductor solid-state laser, with an outer housing 1 referred to, which has an outlet opening 2 for the laser beam 2a on the front end surface. Mit 1 a ist eine Steckverbindung be zeichnet, die eine vorteilhafte Trennung des äußeren Gehäu ses 1 und einer Stromversorgung 4 mit einer Zuleitung 4 a während des Transports ermöglicht. 1 a with a plug connection is be distinguished, which enables an advantageous separation of the outer housin SES 1 and a power supply with a supply line 4 a 4 during transport. Die Zuleitung 4 a besteht vorzugsweise aus einem hochflexiblen Silikonkabel mit Rein silberlitze, wobei die Möglichkeit besteht, die Zuleitung 4 a zusätzlich mit Schläuchen zur Zuführung eines Kühlmedi ums zu versehen. The supply line 4 a is preferably made of a highly flexible silicone cable with pure silberlitze, with the possibility that lead 4a addition have tubes for supplying a cooling medium around.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des Subminiatur-Hochlei stungs-Halbleiter-Festkörperlasers, in der mit 7 ein la seraktiver Kristall mit zylindrischen Abmessungen, bspw. ein YAG-Kristall, bezeichnet ist. Fig. 2 shows a sectional view of the subminiature Hochlei mance semiconductor solid-state laser is referred to in the 7 a la seraktiver cylindrical crystal with dimensions, eg. A YAG crystal. In konzentrischer Anord nung um diesen, vorzugsweise zylindrischen laseraktiven Kristall 7 befinden sich zwei halbschalenförmige polygone LED-Träger 5 a und 5 b, auf deren Innenseite jeweils in Rich tung der Längsachse des zylindrischen laseraktiven Kri stalls 7 Stromzuführungen 9 einer Polarität isoliert aufge bracht sind. In concentric Anord tion to this, preferably cylindrical laser-active crystal 7, there are two half-shell-shaped polygonal LED carrier 5 a and 5 b, on the inside of each in Rich of the longitudinal axis of the cylindrical laser active Kri stalls 7 power supply lines 9 are brought up isolated one polarity. Zwischen den Stromzuführungen 9 sind einzelne LED-Chips 6 angeordnet und auf den polygonen halbschalen förmigen LED-Trägern 5 a und 5 b leitend, sowohl elektrisch als auch hinsichtlich optimaler Wärmeableitung, montiert. Between the power supply lines 9 individual LED chips 6 are disposed and the polygonal half shells shaped LED beams 5 a and 5 b conductive, electrically as well as with regard to optimum heat dissipation, mounted. Die jeweiligen Stromzuführungen 9 einer Polarität und die halbschalenförmigen polygonen LED-Träger anderer Polarität versorgen die einzelnen LED-Chips 6 mit Strom. The respective power supply lines 9 one polarity and the shell-shaped polygonal LED support different polarity supply the individual LED chips 6 with power. Zu diesem Zweck werden die LED-Chips 6 , die in Form von Halbleiter chips vorliegen, über Bonddrähte 9 a mit den Stromzuführun gen 9 verbunden. For this purpose the LED chips 6 which are present in the form of semiconductor chips connected by bonding wires 9 a with the Stromzuführun 9 gene. Eine von den LED-Chips 6 abgegebene Strah lung 8 trifft im wesentlichen radial und senkrecht auf die Mantelfläche des zylindrischen, laseraktiven Kristalls 7 . A emitted from the LED chips 6 ent radiation 8 applies substantially radial and perpendicular to the outer surface of the cylindrical laser-active crystal. 7

Gemäß Fig. 3 ist der zylindrische, laseraktive Kristall 7 mittels Befestigungselementen 10 und 10 a im äußeren Gehäuse 1 befestigt. According to Fig. 3, the cylindrical laser-active crystal 7 is secured by fasteners 10 and 10a in the outer casing 1. Eine Kontaktplatte 11 verbindet die einzelnen, auf den halbschalenförmigen polygonen LED-Trägern 5 a und 5 b isoliert aufgebrachten Stromzuführungen 9 miteinander und stellt gleichzeitig eine leitende Verbindung mittels Strom zuführungskontakten 12 , durch das hintere Befestigungsele ment 10 a zur Steckverbindung 1 a der Zuleitung 4 a und damit zur Stromversorgung 4 her. A contact plate 11 connects the individual polygons to the half-shell-shaped LED beams 5 a and 5 b isolated applied current leads 9 with each other and at the same time provides a conductive connection by means of power supply contacts 12, management through the rear Befestigungsele 10 a to the connector 1a of the supply line 4 a and thus to the power supply 4 her.

Eine Vielzahl der einzelnen LED-Chips 6 ist parallel zu den Stromzuführungen 9 elektrisch leitend auf den halbschalen förmigen polygonen LED-Trägern 5 a und 5 b befestigt, wie Fig. 4 in perspektivischer Darstellung zeigt. A plurality of individual LED chips 6 is parallel to the power supply lines 9 electrically conductively on the half-shells shaped polygonal LED beams 5 a and 5 b attached, as shown Fig. 4 in a perspective view.

Die beiden halbschalenförmigen polygonen LED-Träger 5 a und 5 b, von denen einer in Fig. 4 gezeigt ist, sind nach Ein passen in das äußere Gehäuse 1 ohne weitere Haltevorrich tung ausreichend befestigt. The two half-shell-shaped polygonal LED carrier 5 a and 5 b, one of which is shown in FIG. 4, according to a fit into the outer housing 1 without further processing Haltevorrich sufficiently secured.

Bei Einschalten der Stromversorgung 4 , das bspw. mittels einer am äußeren Gehäuse 1 angebrachten Schalteinrichtung 3 erfolgen kann, dringt die von den LED-Chips 6 erzeugte Strahlung 8 durch die Mantelfläche in den laseraktiven Kri stall 7 ein und bewirkt in diesem eine Anregung des opti schen Resonators und damit die Erzeugung des gerichteten Laserstrahls 2 a. When switching on the power supply 4, which may for example take place. By means of an attached to the outer housing 1, the switching device 3, the radiation generated by the LED chips 6 8 penetrates through the lateral surface in the laser-active Kri stall 7 and causes this excitation of the opti rule resonator and thus the generation of directed laser beam 2 a.

Durch die Tatsache, daß es sich bei der optischen Anregung um ein optisches Pumpen, vorzugsweise mittels UV-Strahlung, handelt, besteht die Möglichkeit der Anwendung verschieden dotierter laseraktiver Kristalle 7 . By the fact that it is the optical excitation to optical pumping, preferably by means of UV radiation, is, there is the possibility of applying different doped laser-active crystals 7th Da grundsätzlich für die Anregung des Lasereffekts eine höherfrequente Anre gungsstrahlung zur Erzeugung eines breiten Spektrums an niederfrequenten, von der Dotierung des laseraktiven Kri stalls 7 abhängigen Laserstrahlen erforderlich ist, ist die Verwendung einer Anregungsstrahlung (Pumpenergie) im UV-Be reich vorteilhaft. Since in principle for the excitation of the laser effect, a higher frequency Anre supply radiation to produce a wide range of low frequency, the doping of the active laser Kri stalls 7-dependent laser beams is required, the use of excitation radiation (pump energy) in the UV-Be is rich beneficial.

Die konzentrische Anordnung der LED-Chips 6 gewährleistet eine gleichmäßige Ausleuchtung und damit eine wirkungsvolle Anregung des optischen Resonators in Form des laseraktiven Kristalls 7 , wobei gleichzeitig die mechanischen Abmessun gen sehr klein gehalten werden können, da auch auf einer sehr kleinen Fläche eine Vielzahl von LED-Chips 6 mittels einfacher, bekannter Fertigungsschritte montierbar sind. The concentric arrangement of the LED chips 6 ensures uniform illumination and thus an effective excitation of the optical resonator in the form of the laser-active crystal 7, at the same time the mechanical dimen conditions very little can be kept, as well as on a very small surface a plurality of LED 6 chips are mounted by means of simple, well-known manufacturing steps. Wird der Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperla ser im Impulsbetrieb benutzt, so bestehen trotz der kleinen mechanischen Abmessungen keine thermischen Probleme infolge hoher Leistungsdichte. If the subminiature high power semiconductor Festkörperla water used in pulsed mode, so persist despite the small physical dimensions no thermal problems due to high power density.

Bei einem Kurzzeitbetrieb oder Dauerbetrieb des Subminia tur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlasers sind entspre chend der tatsächlich erreichten Betriebsdauer Maßnahmen zur Kühlung erforderlich. In a short-term or continuous operation of the Subminia-temperature high-performance semiconductor solid-state laser accordingly the actually achieved operating time cooling measures are required.

In diesem Fall beeinflussen die Maßnahmen zur Kühlung, wie Kühlrippen am äußeren Gehäuse 1 oder Mikrokanäle für Kühl medien in den polygonen, halbschalenförmigen LED-Trägern 5 a und 5 b oder in dem Zwischenraum zwischen dem äußeren Ge häuse 1 und den polygonen, halbschalenförmigen LED-Trägern 5 a und 5 b die gesamten mechanischen Abmessungen des Submi niatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlasers nur unwe sentlich, so daß die erwünschte geringe Baugröße trotz ho her Ausgangsleistung des Laserstrahls 2 a erhalten bleibt. In this case, influence the measures for cooling such as cooling fins on the outer casing 1, or microchannels for cooling media in the polygon, half-shell-shaped LED beams 5 a and 5 b or housing in the space between the outer Ge 1 and the polygon, half-shell-shaped LED supports 5 a and 5 b, the total mechanical dimensions of the submi niatur high-performance semiconductor solid-state laser only UNWE considerably, so that the desired small size is retained despite her ho output power of the laser beam 2 a.

Zur Erzielung einer Ausgangsleistung des Laserstrahls 2 a von etwa 1,5 Watt im grünen Bereich (lambda = 510-560 nm, abhängig von der Dotierung des laseraktiven Kristalls) sind bei der Realisierung etwa 4800 einzelne LED-Chips mit einer Strahlung im Blau/Grün-Bereich (lambda = 480-540 nm) er forderlich, wobei der Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Fest körperlaser in diesem Fall eine Länge des äußeren Ge häuses 1 von etwa 90 mm und einen Durchmesser von etwa 15 mm aufweist. In order to obtain an output power of the laser beam 2 a of about 1.5 watts in the green region (lambda = 510 to 560 nm, depending on the doping of laser-active crystal) are in the realization of about 4800 individual LED chips with a radiation in the blue / green range (lambda = 480-540 nm) he required, the subminiature high power semiconductor solid-state laser in this case, a length of the outer housing 1 having Ge of about 90 mm and a diameter of about 15 mm.

Da es sich hierbei um eine sehr kompakte Bauform in Ver bindung mit einem selbst für diese Anordnung recht hohen Leistungsbedarf in bezug auf die geringen mechanischen Ab messungen handelt, ist das vorstehend beschriebene Aus führungsbeispiel durch die thermische Belastbarkeit der einzelnen Bauteile bestimmt und kann bei entsprechenden Maßnahmen zur Sicherung einer ausreichenden Kühlung (Kühlrippen, Mikrokanäle für Kühlmedien, Aussparungen im halbschalenförmigen polygonen LED-Träger) bei einer Vergrößerung der Anzahl der LED-Chips 6 auf einfache Weise erreicht werden. Since this is a very compact design in United loyalty is with a self for this arrangement rather high power requirement with respect to the low mechanical From measurements, the imple mentation, for example by the thermal load of the individual components described above is determined and can in taking action to secure a sufficient cooling (cooling fins, microchannels for cooling media, recesses in the half-shell-shaped polygonal LED carrier) can be achieved with an increase in the number of the LED chips 6 in a simple manner. Ebenso können zur Leistungssteigerung mehrere Einheiten aus den halbschalenförmigen polygonen LED-Trägern 5 a und 5 b und den dazugehörigen laseraktiven Kristallen 7 , mittels entsprechender Optiken hintereinander geschaltet bzw. kaskadiert werden. Likewise, can be connected or cascaded one after the other by means of suitable optics to increase performance a plurality of units of the half-shell-shaped polygonal LED beams 5 a and 5 b and the corresponding laser-active crystals 7.

Durch die sehr geringe Baugröße des Subminiatur-Hochlei stungs-Halbleiter-Festkörperlasers ist eine gute Handhab barkeit auch im mobilen Einsatz gewährleistet, insbesondere im Hinblick auf die Stromversorgung 4 , die hierbei prob lemlos mit üblichen Niedervoltakkumulatoren erfolgen kann, da die LED-Chips 6 zum Betrieb und somit auch zur Anregung des laseraktiven Kristalls 7 keine Hochspannung benötigen. Due to the very small size of the subminiature Hochlei mance semiconductor solid-state laser is a good Handhab availability in mobile use ensured, particularly with regard to the power supply 4, which can be effected prob lemlos with conventional low-voltage batteries because the LED chips 6 for operation and hence also for excitation of laser-active crystal 7 does not require high voltage.

Durch die Verwendung von Bauteilen mit unterschiedlichen Parametern, sowohl der Anregungslichtquelle in Form der LED-Chips 6 als auch des laseraktiven Kristalls 7 in Verbindung mit einem möglichen Frequenzverdopplerkristall am Auskoppelspiegel des Resonators eignet sich der Subminiatur-Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperlaser für eine Vielzahl von speziellen Anwendungen. Through the use of components with different parameters, both the excitation light source in the form of the LED chips 6 and the laser-active crystal 7 in connection with a possible frequency doubling at the output mirror of the resonator, the subminiature high performance semiconductor solid-state laser suitable for a variety of special applications.

Citas de patentes
Patente citada Fecha de presentación Fecha de publicación Solicitante Título
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Patente citante Fecha de presentación Fecha de publicación Solicitante Título
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Clasificaciones
Clasificación internacionalH01S3/0941
Clasificación cooperativaH01S3/0941
Clasificación europeaH01S3/0941
Eventos legales
FechaCódigoEventoDescripción
28 Ene 1993OP8Request for examination as to paragraph 44 patent law