ВЫСОКОНАДЕЖНЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ ДИОДНЫЕ СИСТЕМЫ ВЫСОКОЙ МОЩНОСТИ И ВЫСОКОЙ ЯРКОСТИ СИНЕГО СВЕЧЕНИЯ И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК H01S5/06 H01S3/30 B23K26/21 

[0001] Эта заявка испрашивает приоритет согласно §119(e)(1) главы 35 Кодекса США по дате подачи предварительной заявки на патент США с порядковым № 62/800474, поданной 2 февраля 2019 года, полное содержание которой включено сюда по ссылке.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Настоящие изобретения относятся к лазерным системам высокой мощности, которые обеспечивают меньшую длину волны от примерно 10 нм до примерно 600 нм, а в вариантах осуществления, как правило, от примерно 350 нм до примерно 500 нм, лазерной энергии, и к применениям этих систем и лазерных пучков, включающим в себя аддитивное и субтрактивное производство, обработку материалов и применения лазерной сварки. Настоящие изобретения дополнительно относятся к таким лазерным системам и их применениям, которые обеспечивают лазерные пучки, имеющие прекрасное качество пучка, и которые в вариантах осуществления сохраняют высококачественные и лазерные пучки высокой мощности и в течение длительных периодов времени.

[0003] Системы аддитивного производства на основе инфракрасного излучения (например, имеющие длины волн, большие 700 нм, и, в частности, длины волн, большие 1000 нм) страдают, среди прочего, от двух недостатков, которые ограничивают как объем наплавления, так и скорость наплавления.

[0004] Используемым здесь терминам «УФ», «ультрафиолет», «УФ-спектр», и «УФ-часть спектра» и подобным терминам, если явно не указано иное, должен придаваться их самый широкий смысл, и они могут включать в себя излучение на длинах волн от примерно 10 нм до примерно 400 нм и от 10 нм до 400 нм, а также все длины волн, находящиеся в этих диапазонах.

[0005] Используемым здесь терминам «лазерный диод», «диодный излучатель», «линейка лазерных диодов», «кристалл лазерного диода» и «излучатель» и подобным терминам, если явно не указано иное, должен придаваться их самый широкий смысл. В общем, лазерные диоды являются полупроводниковым устройством, которое излучает лазерный пучок, причем такие устройства обычно называются лазерными диодами с торцевым излучением, поскольку лазерное излучение испускается с торца подложки. Обычно, диодные лазеры с единственной областью излучения (излучателем) называются кристаллами лазерных диодов, в то время как линейный массив излучателей называется линейкой лазерных диодов. Область, излучающая лазерный пучок, называется «гранью».

[0006] Используемые здесь термины «высокая мощность» лазеры и лазерные пучки и подобные термины, если явно не указано иное, означают и включают в себя лазерные пучки и системы, которые обеспечивают или распространяют лазерные пучки, которые имеют мощность по меньшей мере 100 ватт (Вт), а также большие мощности, например, от 100 Вт до 10 киловатт (кВт), от примерно 100 Вт до примерно 1 кВт, от примерно 500 Вт до примерно 5 кВт, от примерно 10 кВт до примерно 40 кВт, от примерно 5 кВт до примерно 100 кВт, и все мощности в этих диапазонах, а также большие мощности.

[0007] Используемым здесь терминам «лазерные пучки синего свечения», «лазеры синего свечения» и «синее свечение», если явно не указано иное, должен придаваться их самый широкий смысл, и они относятся, в общем, к системам, которые обеспечивают лазерные пучки, лазерные источники, например, лазеры и диодные лазеры, которые обеспечивают, например, распространяют, лазерный пучок или излучение, имеющее длину волны от примерно 400 нм до примерно 495 нм, от 400 нм до 495 нм и все длины волн в этих диапазонах. Типичные лазеры синего свечения имеют длины волн в диапазоне примерно 405-495 нм. Лазеры синего свечения включают в себя длины волн 450 нм, примерно 450 нм, 460 нм, примерно 470 нм. Лазеры синего свечения могут иметь ширину спектральной полосы от примерно 10 пм (пикометров) до примерно 10 нм, примерно 5 нм, примерно 10 нм и примерно 20 нм, а также большие и меньшие значения.

[0008] Используемым здесь терминам «лазерные пучки зеленого свечения», «лазеры зеленого свечения» и «зеленое свечение», если явно не указано иное, должен придаваться их самый широкий смысл, и они относятся, в общем, к системам, которые обеспечивают лазерные пучки, лазерные источники, например, лазеры и диодные лазеры, которые обеспечивают, например, распространяют, лазерный пучок или излучение, имеющее длину волны от примерно 500 нм до примерно 575 нм. Лазеры зеленого свечения включают в себя длины волн 515 нм, примерно 515 нм, 532 нм, примерно 532 нм, 550 нм, и примерно 550 нм. Лазеры зеленого свечения могут иметь ширину спектральной полосы от примерно 10 пм до примерно 10 нм, примерно 5 нм, примерно 10 нм и примерно 20 нм, а также большие и меньшие значения.

[0009] Используемые здесь термины «высоконадежные», «очень надежные лазеры и лазерные системы» и подобные термины, если явно не указано иное, означают и включают в себя лазеры, которые имеют срок службы по меньшей мере 10000 часов (ч) или более, примерно 20000 ч, примерно 50000 ч, примерно 100000 ч, от примерно 10 ч до примерно 100000 ч, от 10000 до 20000 ч, от 10000 ч до 50000 ч, от 20000 ч до примерно 40000 ч, от примерно 30000 ч до примерно 100000 ч и все значения в этих диапазонах.

[0010] Используемые здесь термины «срок службы», «срок службы системы», и «увеличенный срок службы» и подобные термины, если явно не указано иное, определяются как время, в течение которого выходная мощность, другие свойства, или и то, и другое, лазера остаются на уровне или около некоторого процента от их номинального значения («номинальное значение» является большим из (i) проектной мощности, других свойств лазера, или и того, и другого, определяемых или вычисляемых изготовителем, или (ii) начальной мощности, других свойств, или и того, и другого, лазера после первого использования, после выполнения всех калибровок и настроек). Таким образом, например, «80%-срок службы лазера» определяется как общий срок эксплуатации, когда лазерная мощность, другие свойства, или и то, и другое, остаются на уровне 80% от номинального значения. Например, «50%-срок службы лазера» определяется как общий срок эксплуатации, когда лазерная мощность, другие свойства, или и то, и другое, остаются на уровне 50% от номинального значения. Используемый здесь термин «срок службы», если явно не указано иное, или если иное не ясно из контекста, относится к «80%-сроку службы».

[0011] В общем, термин «примерно» и символ «~», используемые здесь, если не указано иное, означают то, что они включают в себя отклонение или диапазон ±10%, экспериментальную или инструментальную ошибку, связанную с получением указанного значения, и предпочтительно большее значение из них.

[0012] Используемые здесь термины, такие как «по меньшей мере», «больший чем», если явно не указано иное, также означают «не менее чем», т.е., такие термины не включают в себя меньшие значения, если явно не указано иное.

[0013] Используемая здесь комнатная температура, если не указано иное, составляет 25°С. Также, стандартные температура и давление составляют 25°С и 1 атмосферу. Если явно не указано иное, то все испытания, результаты испытаний, физические свойства, и значения, которые являются зависимыми от температуры, зависимыми от давления, или зависимыми от того и другого, обеспечиваются при стандартных температуре и давлении.

[0014] Если не указано иное, то используемое здесь перечисление диапазонов значений, диапазон, значения от примерно «х» до примерно «y», и подобные им термины и количественные показатели служат только в качестве кратких способов отдельных ссылок на отдельные значения в диапазоне. Таким образом, они включают в себя каждый компонент, элемент, значение, величину или число в этом диапазоне. Если не указано иное, то все используемые здесь отдельные точки в диапазоне включены в это описание изобретения и являются частью этого описания изобретения, как если бы они были перечислены здесь отдельно.

[0015] Этот раздел «Уровень техники, к которому относится изобретение» предназначен для ознакомления с различными аспектами данной области техники, которые могут быть связаны с вариантами осуществления настоящих изобретений. Таким образом, приведенное выше описание в этом разделе обеспечивает основу для лучшего понимания настоящих изобретений и не должно рассматриваться как признание уровня техники.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0016] Существует постоянная и увеличивающаяся потребность в более надежных твердотельных лазерах и системах высокой мощности на длинах волн в синем и других диапазонах спектра, в том числе в лазерных диодных системах, для множества применений, в том числе сварки, аддитивного производства и другой обработки материалов, где лазеры инфракрасного свечения имеют несколько недостатков, описанных в данной области техники. Эта постоянная потребность в таких лазерах и лазерных системах, отчасти, является потребностью в улучшении и замене существующих лазерных систем инфракрасного свечения и в обеспечении новых применений лазеров, которые были невозможными или экономически нецелесообразными для лазерных систем инфракрасного свечения. Дополнительно, существует потребность в высоконадежных, мощных лазерах синего свечения и лазерах на других длинах волн для использования этих систем в промышленных применениях.

[0017] Настоящие изобретения, среди прочего, удовлетворяют эти потребности посредством обеспечения улучшений, изделий, устройств и процессов, описанных и раскрытых здесь.

[0018] Таким образом, обеспечен твердотельный лазерный модуль высокой мощности и высокой яркости для обеспечения высококачественного лазерного пучка в течение длительных периодов времени без значительной деградации свойств лазерного пучка, причем модуль имеет: кожух, образующий внутреннюю полость; причем внутренняя полость изолирована от среды, которая является внешней по отношению к кожуху; твердотельное устройство для распространения лазерного пучка от поверхности распространения твердотельного устройства по пути лазерного пучка, и причем лазерный пучок имеет плотность мощности по меньшей мере примерно 0,5 МВт/см² на поверхности распространения; оптический модуль, имеющий оптическую связь с твердотельным устройством и находящийся на пути лазерного пучка; причем твердотельное устройство и оптический модуль расположены в кожухе и во внутренней полости, посредством чего твердотельное устройство и оптический модуль изолированы от внешней среды; причем кожух содержит поверхность распространения кожуха, посредством чего лазерный пучок проходит из кожуха во внешнюю среду по пути лазерного пучка; поверхность распространения кожуха имеет оптическую связь с оптическим модулем и находится на пути лазерного пучка; лазерный пучок после выхода из поверхности распространения кожуха характеризуется свойствами пучка, причем свойства пучка содержат: (i) мощность по меньшей мере 100 Вт; и (ii) произведение параметров пучка (BPP) меньше 100 мм·мрад; и причем внутренняя полость свободна от источников загрязняющих веществ на основе кремния, посредством чего во время эксплуатации твердотельного устройства во внутренней полости предотвращается образование SiO₂; посредством чего во внутренней полости предотвращается наслоение SiO₂; при этом скорость деградации свойств пучка составляет 2,3% за 1000 ч или менее.

[0019] Дополнительно обеспечен твердотельный лазерный модуль высокой мощности и высокой яркости для обеспечения высококачественного лазерного пучка синего свечения в течение длительных периодов времени без значительной деградации свойств лазерного пучка, причем модуль имеет: кожух, образующий внутреннюю полость; причем внутренняя полость изолирована от среды, которая является внешней по отношению к кожуху; множество диодных лазерных устройств для распространения множества лазерных пучков из множества граней по множеству путей диодных лазерных пучков, причем лазерные пучки имеют длину волны в диапазоне от 400 нм до 500 нм; и причем каждый лазерный пучок имеет плотность мощности по меньшей мере примерно 0,5 МВт/см² на каждой из граней; оптический модуль, имеющий оптическую связь с каждым из диодных лазерных устройств и находящийся на путях лазерных пучков; причем оптический модуль содержит коллимирующую оптику, например, коллимирующую линзу, и объединяющую пучки оптику; причем оптический модуль объединяет упомянутое множество диодных лазерных пучков для обеспечения объединенного лазерного пучка по пути объединенного лазерного пучка; причем упомянутое множество диодных лазерных устройств и оптический модуль расположены в кожухе 526 и во внутренней полости, посредством чего упомянутое множество диодных лазерных устройств и оптический модуль изолированы от внешней среды; причем кожух содержит поверхность распространения кожуха, посредством чего объединенный лазерный пучок проходит из кожуха во внешнюю среду по пути объединенного лазерного пучка; поверхность распространения кожуха имеет оптическую связь с оптическим модулем и находится на пути объединенного лазерного пучка; объединенный лазерный пучок после выхода из поверхности распространения кожуха характеризуется свойствами пучка, причем свойства пучка содержат: (i) мощность по меньшей мере 100 Вт; и (ii) BPP меньше 40 мм·мрад; и причем внутренняя полость свободна от источников загрязняющих веществ на основе кремния, посредством чего во время эксплуатации упомянутого множества диодных лазерных устройств во внутренней полости не образуется SiO₂; посредством чего во внутренней полости предотвращается наслоение SiO₂; при этом скорость деградации свойств объединенного пучка составляет 2,3% за 1000 ч или менее.

[0020] Кроме того, обеспечен твердотельный лазерный модуль 600 высокой мощности и высокой яркости для обеспечения высококачественного лазерного пучка синего свечения по пути лазерного пучка в течение длительных периодов времени без значительной деградации свойств лазерного пучка, причем модуль имеет: кожух, образующий внутреннюю полость; причем внутренняя полость образует изолированную среду; множество оптически активных поверхностей, причем лазерный пучок синего свечения распространяется из, проходит в или отражается оптически активными поверхностями; упомянутое множество оптически активных поверхностей расположено в изолированной среде внутренней полости кожуха; причем по меньшей мере одна из оптически активных поверхностей расположена на твердотельном лазерном устройстве; причем лазерный пучок имеет плотность мощности по меньшей мере примерно 0,5 МВт/см² на одной или более оптически активных поверхностях, и причем внутренняя полость свободна от источников загрязняющих веществ на основе кремния, посредством чего во время эксплуатации твердотельного лазерного устройства во внутренней полости предотвращается образование SiO₂; причем внутренняя полость содержит газ, содержащий кислород; посредством чего во время эксплуатации твердотельного лазерного устройства во внутренней полости создается CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода; посредством чего на упомянутом множестве оптически активных поверхностей предотвращается наслоение углерода и SiO₂; при этом скорость деградации мощности лазерного пучка синего свечения составляет 2,3% за 1000 ч или менее.

[0021] Дополнительно обеспечен корпус с твердотельными лазерными устройствами высокой мощности и высокой яркости для встраивания в лазерные системы, обеспечивающие высококачественный лазерный пучок синего свечения в течение длительных периодов времени без значительной деградации свойств лазерного пучка, причем корпус имеет: кожух, образующий внутреннюю полость; причем внутренняя полость изолирована от среды, которая является внешней по отношению к кожуху; причем кожух имеет окно, причем окно образует часть внутренней полости; твердотельное устройство для распространения лазерного пучка из поверхности распространения твердотельного устройства по пути лазерного пучка, причем лазерный пучок имеет длину волны в диапазоне от 410 нм до 500 нм; и причем лазерный пучок имеет плотность мощности по меньшей мере примерно 0,5 МВт/см² на поверхности распространения; окно имеет оптическую связь с твердотельным устройством и находится на пути лазерного пучка; причем твердотельное устройство расположено в кожухе и во внутренней полости, и причем внутренняя поверхность окна не выставлена во внешнюю среду, посредством чего твердотельное устройство и внутренняя поверхность окна изолированы от внешней среды; посредством чего лазерный пучок проходит из кожуха через окно во внешнюю среду по пути лазерного пучка; причем внутренняя полость свободна от источников загрязняющих веществ на основе кремния, посредством чего во время эксплуатации твердотельного устройства во внутренней полости предотвращается образование SiO₂; посредством чего во внутренней полости предотвращается наслоение SiO₂; при этом скорость деградации свойств пучка составляет 2,3% за 1000 ч или менее; и причем внутренняя полость содержит газ, который является по меньшей мере 1% кислорода; посредством чего во время эксплуатации упомянутого множества диодных лазерных устройств во внутренней полости создается CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода, посредством чего поверхность распространения и внутренняя поверхность окна остаются свободными от наслоений углерода.

[0022] Кроме того, обеспечены эти системы и способы, имеющие один или более следующих признаков: во время эксплуатации твердотельного устройства во внутренней полости не образуется SiO₂; во время эксплуатации твердотельного лазера практически не образуется SiO₂, так что внутренняя полость свободна от SiO₂; во время эксплуатации внутренняя полость остается свободной от SiO₂; внутренняя полость свободна от SiO₂; во время эксплуатации твердотельного устройства углеродные отложения не образуются во внутренней полости; во время эксплуатации твердотельного лазера углеродные отложения практически не образуются, так что внутренняя полость свободна от углеродных отложений; во время эксплуатации внутренняя полость остается свободной от углеродных отложений; внутренняя полость свободна от углеродных отложений; система имеет десятки, сотни или тысячи лазерных диодов, причем эти системы имеют лазерные диоды, излучающие лазерные пучки на длине волны в синей области спектра; эти системы имеют лазерные диоды, излучающие лазерные пучки на длине волны от примерно 500 нм и меньше; эти системы имеют лазерные диоды, излучающие лазерные пучки на длине волны от примерно 500 до примерно 10 нм; BPP лазерного пучка меньше примерно 100 мм·мрад; BPP лазерного пучка меньше примерно 50 мм·мрад; BPP лазерного пучка меньше примерно 40 мм·мрад; BPP лазерного пучка меньше примерно 20 мм·мрад; BPP лазерного пучка меньше примерно 15 мм·мрад; эти системы имеют лазерные диоды, излучающие лазерные пучки на длине волны от 500 до 10 нм; лазерные пучки имеют ширину спектральной полосы примерно 20 нм или менее, примерно 5 нм или менее, примерно 1 нм или менее, и примерно 0,5 нм или менее, ширину спектральной полосы от примерно 20 нм до примерно 0,5 нм и все ширины спектральной полосы в этом диапазоне; лазерные системы имеют фокусирующую оптику; лазерная система имеет коллимирующую оптику; лазерные системы имеют сканеры; и лазерная система имеет дифракционные решетки; лазерная система имеет отражающую оптику; лазерная система имеет объемные брэгговские решетки (VBG), брэгговские решетки, эталоны, призмы, переменные аттенюаторы, затворы, оптические волокна, линзы с градиентным показателем преломления, линзы, цилиндрические линзы, волновые пластины, поляризационный объединяющий куб, монолитные оптические объединяющие модули, рамановские кристаллы, кристаллы удвоения частоты, диэлектрические зеркальные модули, модули измерений пучков, модули контроля мощности; внутренняя полость имеет газ, который имеет по меньшей мере 10% кислорода, причем во время эксплуатации твердотельного устройства во внутренней полости создается CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода; на поверхности распространения твердотельного устройства и оптического модуля предотвращается наслоение углерода; и внутренняя полость имеет газ, который имеет по меньшей мере 1% кислорода, посредством чего во время эксплуатации твердотельного устройства во внутренней полости создается CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода; на поверхности распространения твердотельного устройства и оптического модуля предотвращается наслоение углерода.

[0023] Кроме того, обеспечены эти системы и способы, имеющие один или более следующих признаков: дополнительно, обеспечен корпус с твердотельными лазерными устройствами высокой мощности и высокой яркости для встраивания в лазерные системы, обеспечивающие высококачественный лазерный пучок синего свечения в течение длительных периодов времени без значительной деградации свойств лазерного пучка, причем корпус имеет: кожух, образующий внутреннюю полость; причем внутренняя полость изолирована от среды, которая является внешней по отношению к кожуху; причем кожух имеет окно, причем окно образует часть внутренней полости; твердотельное устройство для распространения лазерного пучка из поверхности распространения твердотельного устройства по пути лазерного пучка, причем лазерный пучок имеет длину волны в диапазоне от 410 нм до 500 нм; и причем лазерный пучок имеет плотность мощности по меньшей мере примерно 0,5 МВт/см² на поверхности распространения; окно имеет оптическую связь с твердотельным устройством и находится на пути лазерного пучка; причем твердотельное устройство расположено в кожухе и во внутренней полости, и причем внутренняя поверхность окна не выставлена во внешнюю среду, посредством чего твердотельное устройство и внутренняя поверхность окна изолированы от внешней среды; посредством чего лазерный пучок проходит из кожуха через окно во внешнюю среду по пути лазерного пучка; причем внутренняя полость свободна от источников загрязняющих веществ на основе кремния, посредством чего во время эксплуатации твердотельного устройства во внутренней полости предотвращается образование SiO₂; посредством чего во внутренней полости предотвращается наслоение SiO₂; посредством чего скорость деградации свойств пучка составляет 2,3% за 1000 ч или менее; и причем внутренняя полость имеет газ, который является по меньшей мере на 1% кислородом; посредством чего во время эксплуатации упомянутого множества диодных лазерных устройств во внутренней полости создается CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода, посредством чего поверхность распространения и внутренняя поверхность окна остаются свободными от углеродных наслоений.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0024] Фиг. 1 является графиком зависимости выходной мощности от времени, обеспечивающим кривую деградации, показывающую скорость деградации для лазерной системы высокой мощности синего свечения без использования вариантов осуществления настоящих изобретений для сборки, очистки и помещения в корпус. Система с фиг. 1 содержит источники загрязняющих веществ на основе кремния и, таким образом, не свободна от источников загрязняющих веществ на основе кремния.

[0025] Фиг. 2 является графиком вариантов осуществления улучшенной зависимости выходной мощности от времени, обеспечивающим кривую деградации, показывающую скорость деградации для 5 разных лазерных систем высокой мощности синего свечения согласно настоящим изобретениям.

[0026] Фиг. 3 является схематическим изображением лазерной системы согласно настоящим изобретениям.

[0027] Фиг. 4 является схематическим изображением лазерной системы согласно настоящим изобретениям.

[0028] Фиг. 5 является схематическим изображением лазерной системы согласно настоящим изобретениям.

[0029] Фиг. 6 является схематическим изображением лазерной системы согласно настоящим изобретениям.

[0030] Фиг. 7 является графиком зависимости лазерной мощности (в процентах) от срока эксплуатации (в часах) варианта осуществления лазерной системы согласно настоящим изобретениям.

[0031] Фиг. 8 является графиком зависимости лазерной мощности (в ваттах) от срока эксплуатации (в часах) варианта осуществления лазерной системы согласно настоящим изобретениям.

[0032] Фиг. 9 является схематическим изображением диодного лазера, показывающим типичные области, где отложения загрязняющих веществ могут возникать, но предотвращаются вариантами осуществления настоящих изобретений, согласно настоящим изобретениям.

[0033] Фиг. 10 является схематическим изображением диодного лазера в корпусе, обеспечивающем увеличенный срок службы, согласно настоящим изобретениям.

[0034] Фиг. 11 является схематическим изображением линейки лазерных диодов в корпусе, обеспечивающем увеличенный срок службы, согласно настоящим изобретениям.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0035] Настоящие изобретения, в общем, относятся к лазерам, которые выдают лазерные пучки высокого качества и с высокой надежностью в диапазонах длин волн синего свечения. В вариантах осуществления, в общем, обеспечены лазерные системы и корпус с твердотельными лазерами для таких систем в диапазоне длин волн от примерно 400 нм до примерно 500 нм.

[0036] Хотя это описание изобретения фокусируется в первую очередь на длине волны 500 нм, это является просто иллюстрацией, и следует понимать, что обеспеченные технологии помещения в корпус, сборки, и очистки применимы к лазерным системам на длинах волн в сине-зеленом, зеленом, более коротковолновом диапазонах спектра, и, потенциально, на других длинах волн, и, в частности, к системам высокой мощности и высокой яркости.

[0037] Обычно выходная мощность лазерных диодных излучателей синего свечения составляет, в общем, примерно 5 Вт на каждый диод, и обычно меньше 10 Вт на каждый диод, хотя возможны и более высокие мощности. Лазерные системы высокой мощности синего свечения получают посредством объединения пучков от множества излучателей, например, диодов. Объединение этих лазерных пучков синего свечения может быть из отдельных излучателей, линеек излучателей или их комбинаций и вариантов. Лазерные пучки от этих излучателей объединяют с использованием, например, комбинаций пространственных, спектральных, когерентных и поляризационных способов. Примеры этих систем для объединения пучков описаны и раскрыты в патентных публикациях США № 2016/0322777, 2018/0375296, 2016/0067827 и 2019/0273365, и в заявках на патент США № 16/695,090 и 16/558,140, полное содержание которых включено сюда по ссылке.

[0038] В общем, объединение этих пучков от множества излучателей включает в себя использование пассивных оптических элементов для коллимирования и объединения пучков, таких как линзы, зеркала, дифракционные решетки, волновые пластины. Рамановское преобразование может быть также использовано для объединения пучков. Источники высокой яркости необходимы для большинства промышленных применений, таких как сварка, пайка или аддитивное производство; они обычно имеют линзу с очень коротким фокусным расстоянием, размещенную в непосредственной близости от лазерного излучателя внутри одного и того же корпуса. Ниже, компоненты в корпусе относятся к любому элементу, который образует лазерный модуль; они группируются в виде оптически функциональных компонентов (таких как линзы, дифракционные решетки, зеркала, волновые пластины, окна), механических компонентов (таких как кожух корпуса, разделители, опоры) и позиционирующих компонентов (например, клеев, припоев, механических крепежных средств).

[0039] Изготовители лазерных диодов улучшили конструкцию и процесс изготовления лазерных диодов синего свечения для обеспечения высокой надежности самих излучателей. Подобным образом, доступны надежные диэлектрические покрытия, которые обеспечивают требуемый коэффициент отражения на длине волны в синем диапазоне спектра и при этом совместимы с типичной интенсивностью лазерных диодных источников синего свечения. Однако до настоящих изобретений лазерные диодные системы высокой мощности синего свечения не имели уровня надежности, требуемого для использования в промышленных применениях и, в частности, для эффективного по стоимости использования в промышленных применениях. Было обнаружено, что это является следствием наличия источников загрязняющих веществ на основе кремния и углерода, которые обычно вводятся в систему во время сборки системы; и которые, как описано ниже, имеют возможность во время эксплуатации лазера образовывать отложения на активных оптических поверхностях системы.

[0040] Было обнаружено, что ограничивающий фактор, и, в вариантах осуществления, основные ограничивающие факторы для срока службы мощных лазерных диодных систем синего свечения связаны с помещением в корпус системы и, в частности, диода, оптического модуля, и как диода, так и оптического модуля. Загрязнение летучими органическими соединениями, такими как углеводороды или полисилоксаны, может быть следствием дегазации клеев или других материалов в корпусе. Другие обычные источники загрязнения включают в себя находящиеся в воздухе загрязняющие вещества, присутствующие в среде во время процесса сборки, остаточные вещества из контейнеров для хранения любых компонентов, поверхностные загрязняющие вещества, присутствующие на инструментах, используемых в этом процессе, и, в общем, на любой поверхности, которая входит в контакт с любыми материалами, используемыми в корпусе. В общем, в настоящее время считается, что любое органическое соединение, которое имеет давление паров, достаточное для генерирования следовых количеств газообразных загрязняющих веществ в диапазоне температур, связанном с нормальной эксплуатацией лазера, является потенциально вредным для надежности лазерной системы. Существует теория о том, что короткая длина волны лазеров синего свечения и лазеров с более короткими длинами волн обеспечивает двухфотонные процессы для эффективного генерирования в корпусе реакционноспособных продуктов, таких как атомарный кислород, гидроксилы, или озон. Эти реакционноспособные продукты затем вступают в реакцию в газовой фазе с летучими органическими загрязняющими веществами, приводящую к отложениям или наслоениям различных твердых веществ на оптические поверхности на пути пучка, т.е., оптически активные поверхности, что увеличивает оптические потери, уменьшает выходную мощность системы, и ухудшает свойства лазерного пучка с течением времени. Существует теория о том, что эти отложения и наслоения уменьшают, и сильно уменьшают, срок службы системы. Также существует теория о том, что эти отложения и наслоения являются основной причиной достижения конца срока службы системы.

[0041] Таким образом, как описано и показано в этом описании изобретения, варианты осуществления настоящих изобретений, согласно теории, минимизируют, уменьшают, и предотвращают эти наслоения и обеспечивают лазерные системы синего и, потенциально, зеленого свечения, имеющие высокую надежность, малую скорость деградации и большие сроки службы.

[0042] Таким образом, со ссылкой на фиг. 3 имеется схематическая блок-схема лазерной системы 300 высокой мощности и высокой яркости синего свечения. Система 300 имеет набор лазерных диодов, например, излучателей 301. Лазерные диоды 301 имеют различные механические компоненты 320 для крепления, расположения и удерживания диодов. Эти механические компоненты 320 прямо или опосредовано физически связаны, например, скреплены, соединены, и т.д., с основанием 321. Основание 321 механически связано с крышкой 322, которая имеет внутреннюю поверхность 323. Крышка 322 прикреплена к основанию 321 и припаяна к основанию для образования кожуха 326, который вмещает или содержит внутреннюю полость 334, которая изолирована от внешней среды 335. Имеются оптические компоненты 302, которые прямо или опосредовано физически связаны с дополнительными механическими компонентами 324, которые прямо или опосредовано физически связаны с основанием 321. Лазерные диоды 301 и оптические компоненты 302, которые содержатся во внутренней полости 334, изолированы от внешней среды 335 кожухом 326.

[0043] Каждый из лазерных диодов имеет грань, например, 304 (только одна из них показана для ясности), из которой распространяются лазерные пучки синего свечения. Лазерный пучок 350 распространяется по пути 350а лазерного пучка (следует понимать, что лазерный пучок проходит по пути лазерного пучка и, таким образом, совпадает с путем лазерного пучка) к оптике 302 и затем к окну 325 в кожухе 326 и через него. Таким образом, лазерный пучок распространяется через внутреннюю полость 334 и из этой полости во внешнюю среду 335.

[0044] Внутренняя полость этих вариантов осуществления и, таким образом, среда внутри этой полости и предпочтительно все поверхности внутри этой полости свободны от источников загрязняющих веществ на основе кремния, таких как силоксаны, полимеризованные силоксаны, линейные силоксаны, циклические силоксаны, циклометиконы и полисилоксаны. В частности, в одном варианте осуществления поверхности и соединения внутри кожуха, которые нагреваются во время эксплуатации, которые подвергаются воздействию лазерного пучка, и подвергаются обоим этим воздействиям, свободны от источников загрязняющих веществ на основе кремния. Термин «свободны от» означает, что количество присутствующих загрязняющих веществ настолько мало, что оно образует незначительное, и предпочтительно нулевое, количество кремния (или определенного загрязняющего вещества), выделяющееся во внутреннюю полость во время эксплуатации. Таким образом, существует теория о том, что реакционноспособный кислород, образованный во время распространения лазерного пучка синего свечения через внутреннюю полость, практически не будет иметь или не будет иметь никакого кремния, доступного для вступления с ним в реакцию, и, таким образом, будет минимизироваться образование SiO₂, предпочтительно будет предотвращаться образование SiO₂, и более предпочтительно не будет образовываться SiO₂, и, в свою очередь, будут минимизироваться отложения SiO₂, будут предотвращаться отложения SiO₂, и более предпочтительно не будут образовываться отложения SiO₂ на оптически активных поверхностях внутри полости. Образование загрязняющих веществ на основе кремния предотвращается, и, таким образом, количество загрязняющих веществ на основе кремния уменьшается до такого низкого уровня, что любое количество кремния, доступное для образования SiO₂, является незначительным, пренебрежимо малым, или меньшим уровня, который мог бы обеспечить скорости деградации лазера, большие скоростей деградации в вариантах осуществления настоящих систем. В общем, оптически активная поверхность является любой поверхностью, которая контактирует с лазерным пучком и находится на пути лазерного пучка, и может включать в себя грани, торцы волокон, зеркала, линзы, окна, поверхности распространения, и поверхности пропускания.

[0045] Внутренняя полость этих вариантов осуществления и, таким образом, среда внутри этой полости, однако, может содержать источники загрязнения на основе углерода. Таким образом, не требуется удалять все загрязнение на основе углерода или большую его часть во время сборки, например, помещения в корпус, лазерного модуля или системы. Такое загрязнение на основе углерода может включать в себя, например, очистители, растворители, смазочные материалы, масла, человеческие отпечатки пальцев и масла, и, в общем, любой другой источник углеводорода. Внутренняя полость содержит газообразный кислород, источник газообразного кислорода во время эксплуатации (например, порт или поточную линию в кожухе для подачи кислорода в систему во время эксплуатации), или и то, и другое. Кислород образует реакционноспособный атомарный кислород при подвергании его воздействию лазерного пучка синего свечения, и этот реакционноспособный кислород образует газообразный CO₂ при вступлении в реакцию с углеродом, который выделяется из источников загрязнения на основе углерода, и, таким образом, минимизируется, предпочтительно устраняется, и более предпочтительно предотвращается отложение, осаждение, или наслоение углерода на оптически активные поверхности во внутренней полости.

[0046] Внутренняя полость этих различных вариантов осуществления может иметь от 1% до 100% кислорода, от примерно 5% до примерно 80% кислорода, от примерно 10% до примерно 50% кислорода, от примерно 30% до примерно 80% кислорода, от примерно 5% до примерно 30% кислорода, и количество кислорода, присутствующее в атмосферном воздухе (например, внутренняя полость может содержать чистый сухой воздух). Другим газом во внутренней полости может быть, например, азот.

[0047] Внутренняя полость этих вариантов осуществления может иметь меньше 0,01 млн^-1 кремния, меньше 0,001 млн^-1 кремния, меньше 0,0001 млн^-1 кремния, и меньшие количества, присутствующие или доступные во внутренней полости.

[0048] Комбинация лазерного пучка синего свечения с одним и предпочтительно обоими газообразными кислородами во внутренней полости и отсутствие источников загрязнения на основе кремния во внутренней полости лазерного модуля обеспечивают модули, которые могут иметь срок службы (а также могут быть точно охарактеризованы, представлены на рынке, и промаркированы как имеющие такие сроки службы) от примерно 5000 ч до примерно 100000 ч, от примерно 10000 ч до примерно 90000 ч, от примерно 5000 ч до примерно 50000 ч, от примерно 30000 ч до примерно 70000 ч, по меньшей мере примерно 20000 ч, по меньшей мере примерно 30000 ч, по меньшей мере примерно 40000 ч, по меньшей мере примерно 50000 ч и большие сроки службы.

[0049] Эти различные варианты осуществления лазерных систем или модулей, имеющие эту высокую надежность, т.е., эти большие сроки службы, могут обеспечивать или распространять лазерные пучки синего свечения (например, с длиной волны от примерно 410 нм до примерно 500 нм, от 410 нм до 500 нм, примерно 405-495 нм, 450 нм, примерно 450 нм, 460 нм, и примерно 470 нм). Эти лазерные пучки синего свечения могут иметь ширину спектральной полосы от примерно 10 пм (пикометров) до примерно 10 нм, примерно 5 нм, примерно 10 нм, примерно 20 нм, от примерно 10 нм до примерно 30 нм, от примерно 5 нм до примерно 40 нм, примерно 20 нм или менее, примерно 30 нм или менее, примерно 15 нм или менее, примерно 10 нм или менее, а также большие и меньшие значения. Эти лазерные пучки синего свечения могут иметь мощности от примерно 100 Вт (ватт) до примерно 100000 Вт, от примерно 100 Вт до примерно 40000 Вт, от примерно 100 Вт до примерно 1000 Вт, примерно 200 Вт, примерно 250 Вт, примерно 500 Вт, примерно 1000 Вт, примерно 10000 Вт, по меньшей мере примерно 100 Вт, по меньшей мере примерно 200 Вт, по меньшей мере примерно 500 Вт, по меньшей мере примерно 1000 Вт, и большие и меньшие мощности. При помещении в корпус отдельных диодов, эти лазерные пучки могут иметь мощности от примерно 1 Вт до примерно 10 Вт, примерно 3 Вт, примерно 5 Вт, примерно 6 Вт и примерно 10 Вт и более. Эти лазерные пучки синего свечения могут иметь BPP от примерно 5 мм·мрад до примерно 50 мм·мрад, меньше примерно 40 мм·мрад, меньше примерно 30 мм·мрад, меньше примерно 20 мм·мрад, меньше примерно 15 мм·мрад, меньше примерно 10 мм·мрад, 20 мм·мрад и менее, и 15 мм·мрад и менее, а также большие или меньшие значения. В системах на основе рамановских лазеров BPP для этих лазерных пучков синего свечения могут быть меньше 5 мм·мрад, меньше 1 мм·мрад, от примерно 0,1 до примерно 1 мм·мрад, от примерно 0,1 до примерно 0,5 мм·мрад, примерно 0,13 мм·мрад, и примерно 0,15 мм·мрад.

[0050] Эти лазерные пучки для этих различных вариантов осуществления лазерных систем и модулей могут иметь скорости деградации свойств пучка (например, мощности, BPP, ширины спектральной полосы, или других свойств пучка, и комбинаций одного или более и всех этих свойств) примерно 2,5% за 1000 ч или менее, примерно 2,3% за 1000 ч или менее, примерно 2,1% за 1000 ч или менее, примерно 2,0% за 1000 ч или менее, примерно 1,8% за 1000 ч или менее, от примерно 2,3% за 1000 ч до примерно 1,5% за 1000 ч, а также большие и меньшие значения. В предпочтительных вариантах осуществления эти скорости деградации присутствуют начиная с и на основе «нормальных значений» свойств для лазера в течение срока службы лазерной системы, или и тем и другим образом. В предпочтительных вариантах осуществления эти скорости деградации присутствуют в течение всего срока службы системы. В более предпочтительных вариантах осуществления лазерные системы будут иметь некоторый период времени своего срока службы, когда кривая деградации, т.е., график зависимости деградации от времени, является прямой, т.е., скорость деградации равна нулю. Этот период времени нулевой деградации может быть от 1 ч до 500 ч и более, может быть в течение 10% срока службы, 20% срока службы, 30% срока службы и более.

[0051] Следует отметить, что эти загрязняющие вещества образуются, когда лазеры эксплуатируются на низких мощностях, а также на высокой мощности, во всем их рабочем диапазоне и на проектных мощностях. Таким образом, эти скорости деградации, если явно не указано иное, предназначены для эксплуатации лазера на проектных мощностях, в пределах проектных рабочих диапазонов, или в нормальных и установленных рабочих диапазонах для таких лазеров.

[0052] Существует теория о том, что имеются три основных компонента, которые способствуют наслоению отложений на оптически активные поверхности, и, таким образом, уменьшению срока службы лазерных систем синего свечения. Этими компонентами являются углерод и SiO₂. Общепринятый подход предполагает, чтобы любые такие способствующие отложениям компоненты уменьшались или устранялись во время сборки и помещения в корпус. Однако настоящие изобретения противоречат этому общепринятому подходу из-за увеличения количества кислорода, которое могло бы потенциально увеличить величину наслоений SiO₂, для контроля любого остаточного углеводородного загрязнения. Таким образом, остаточное углеводородное загрязнение может присутствовать, но система предотвращает и предпочтительно устраняет опасности для системы вследствие увеличенных уровней кислорода. Количество силоксанов минимизируется и предпочтительно доводится до нуля. Таким образом, одним из компонентов, необходимых для минимизации или устранения отложений или наслоений SiO₂, является обеспечение кислороду возможности нейтрализовать углеводородные наслоения и отложения посредством образования CO₂ вместо наслоений или отложений твердого углерода. В одном варианте осуществления количество углеводородных загрязняющих веществ предпочтительно минимизируется и может быть практически доведено до нуля.

[0053] Существует большое количество разных известных технологий и процедур очисти и сборки, таких как сборка и протоколы «чистых комнат», промывка растворителями, экстрагирование, плазменная очистка и т.п., которые могут быть использованы для удаления и предотвращения присутствия любого источника загрязнения на основе кремния, любого источника загрязнения на основе углерода, или и того, и другого. Настоящие технологии очистки и сборки являются примером многих других таких технологий и комбинаций этих технологий, которые применимы к этим лазерным системам; и будут применимы к лазерным системам синего свечения, системам с более короткими длинами волн, системам сине-зеленого и зеленого свечения и к системам высокой мощности по настоящим вариантам осуществления. В вариантах осуществления процесса сборки настоящих твердотельных лазеров, оптических модулей, лазерных систем и их комбинаций и вариантов, различные способы очистки и сборки компонентов могут быть использованы для минимизации вредного влияния различных явлений загрязнения, которые были обнаружены в лазерных системах синего и зеленого свечения, а также в системах с более короткими длинами волн. В вариантах осуществления способы очистки и сборки оптических компонентов для лазерных систем синего свечения и систем, имеющих меньшие и большие длины волн, используются для подавления, минимизации, или устранения материалов, которые ухудшают эффективность лазера с течением времени. Эти процессы сборки для таких лазеров, оптических модулей и систем, устраняют и разрешают проблемы надежности систем уровня техники. Например, в одном варианте осуществления способ очистки используется для удаления источников загрязнения на основе кремния, причем способы эксплуатации в вариантах осуществления выполнены с возможностью удалять целевые загрязняющие вещества на конкретных этапах процесса сборки в конкретных местоположениях на компонентах и их комбинациях и вариантах. Этот способ очистки может обеспечить вариант осуществления корпуса, который вмещает твердотельный лазер, оптический модуль, лазерную систему (например, лазер и оптику) или их комбинации, предпочтительно имеющий уровни загрязняющих веществ на основе кремния, которые не детектируются стандартными аналитическими технологиями. Такие корпуса, которые включают в себя любые из настоящих вариантов осуществления и Примеров, могут иметь количества загрязняющих веществ на основе кремния, которые меньше 0,01 г, меньше 0,001 г, меньше 0,0001 г, и меньше 0,00001 г, и меньше 0,000001 г, в изолированной среде корпуса. Такие корпуса, которые включают в себя любые из настоящих вариантов осуществления и Примеров, могут иметь могут иметь количества загрязняющих веществ на основе кремния во внутренней полости (определяемые в млн^-1 кремния на основе компонентов внутренней среды полости, например, газа, содержащегося во внутренней среде), которые меньше 0,1 млн^-1 кремния, меньше 0,01 млн^-1 кремния, меньше 0,001 млн^-1 кремния, меньше 0,0001 млн^-1 кремния, меньше 0,00001 млн^-1 кремния, и еще меньше. Эти системы и способы могут иметь один или более следующих признаков: главным образом удаляются летучие загрязняющие вещества на основе полисилоксанов; обеспечивается преимущество, состоящее в удалении любых остаточных летучих углеводородов; и выбираются другие рабочие параметры для удаления других загрязняющих веществ.

[0054] В одном варианте осуществления процесса сборки используется плазменная очистка, и, в частности, плазменная очистка удаляет следовые количества загрязняющих веществ с поверхностей компонентов в корпусе для удаления загрязнения или частиц и, например, большие количества этих загрязнений или частиц. В одном варианте осуществления плазменная очистка используется с этапом предварительной очистки, на котором используют предварительную очистку поверхности тщательно выбранными растворителями, как полярными, так и неполярными. Предпочтительно, растворитель выбирают таким образом, чтобы его полярность соответствовала полярности целевого загрязняющего вещества. Таким образом, предполагается, что могут быть выполнены множество этапов предварительной очистки, очистки и плазменной очистки, и что эти этапы могут быть адаптированы к конкретным загрязняющим веществам.

[0055] В одном варианте осуществления этих процессов сборки, компоненты системы нагревают при уменьшенном давлении в течение заданных периодов времени для удаления остаточных следов летучих загрязняющих веществ для ускорения дегазации всех летучих компонентов. Этот этап предварительного нагрева может быть использован и предпочтительно используется с другими технологиями сборки, раскрытыми в этом описании изобретения. Рабочие условия по температуре и давлению выбирают таким образом, чтобы давление паров целевого загрязняющего вещества было выше фактического давления в печи и при этом все же было безопасным для компонента. Этот этап также обеспечивает то, что любые остатки растворителей после этапов предварительной очистки удаляются с компонента.

[0056] Один вариант осуществления процесса сборки определяет последовательность предварительной очистки и очистки, в которой предпочтительно измерять полярные и неполярные компоненты свободной энергии поверхности частей, подлежащих очистке, на разных стадиях процесса очистки. Это обеспечивает полезную информацию для выбора подходящей комбинации растворителей и наилучшей смеси газов для целевого удаления фактических загрязняющих веществ. В вариантах осуществления предпочтительные последовательности могут быть разными для разных компонентов модуля вследствие различных предысторий изготовления, хранения и обращения с каждой частью.

[0057] В одном варианте осуществления процесса сборки эти технологии очистки осуществляются непосредственно перед помещением в корпус или во время помещения в корпус, в качестве дополнительного или вторичного или третичного этапа очистки, например, конечного этапа очистки. Следует понимать, что даже при тщательной очистке частей и оснастки перед осуществлением сборки, существует вероятность того, что некоторое загрязнение будет введено в корпус во время объединения. Это может происходить, например, из-за находящихся в воздухе загрязняющих веществ, присутствующих в области сборки; дегазация из клеев во время отверждения является другим источником загрязнения. Таким образом, в одном варианте осуществления конечная очистка модуля осуществляется непосредственно перед герметизацией корпуса. Для отдельных компонентов могут быть использованы те же способы очистки, которые были описаны выше.

[0058] На фиг. 9 показано схематическое изображение лазерного диода 1000. Этот диод имеет поперечный направляющий выступ 1010, переднюю грань 1011, моду 1012, и вертикальные ограничивающие слои 1013. Загрязняющие вещества, которые образуются во время эксплуатации, обычно наслаиваются вдоль вертикального ограничивающего слоя 1013 лазерного диода, причем наибольшее загрязнение осаждается в центральной области моды и обычно уменьшается при уменьшении интенсивности моды в поперечном направлении. Варианты осуществления настоящих систем и способов обеспечивают системы, которые при эксплуатации устраняют, минимизируют и предпочтительно предотвращают возникновение этого наслоения, а также других наслоений и отложений.

[0059] Для предотвращения проникновения внешних загрязняющих веществ, лазерные системы высокой мощности и обычно герметизировали с инертной или защитной атмосферой, например, атмосферой с малым и предпочтительно нулевым количеством кислорода. Однако эта технология оказалась менее эффективной для лазерных систем синего свечения и неэффективной для обеспечения большого срока службы лазерных систем синего свечения. Существует теория о том, что использование в уровне техники инертной атмосферы неэффективно для лазерных систем синего свечения, а также неэффективно для лазерных систем зеленого свечения вследствие эффекта диссоциации загрязняющих веществ, описанного в этом описании изобретения, а также существует теория о том, что, возможно, существуют другие явления, как изученные, так и еще не полностью изученные, влияние которых на деградацию эффективности лазера можно увидеть во время нормальной эксплуатации этих лазерных систем на длинах волн в синем диапазоне спектра, а также в лазерных системах зеленого свечения. Дополнительно, во время эксплуатации этих систем температура внутри корпуса увеличивается, что также приводит к дегазации из любого компонента в модуле; таким образом, эти следовые количества загрязняющих веществ, образующихся из-за термической дегазации, могут оказывать вредное влияние на надежность системы, причем это влияние может быть в некоторых ситуациях очень вредным.

[0060] Для устранения этих проблем в системах на длинах волн в синем диапазоне спектра и, теоретически, в лазерных системах зеленого свечения, а также в системах на более коротких длинах волн, варианты осуществления настоящих изобретений обеспечивают, среди прочего, примеры подходящих способов для точной очистки, сборки, и как очистки, так и сборки, корпуса или кожуха системы, в том числе оптического корпуса (а также компонентов внутри этого корпуса, в том числе твердотельного лазера) во время процесса сборки, и предотвращения этих вредных процессов и деградации лазерной системы.

[0061] Другой проблемой, дополнительно к наслоению летучих органических загрязняющих веществ на оптические поверхности на пути лазерного пучка, является наслоение диоксида кремния (SiO₂) на поверхность грани лазерного диода или другие оптические компоненты. Это наслоение диоксида кремния приводит к изменению коэффициента отражения покрытия. В некоторых случаях наслоение диоксида кремния изменяет оптические свойства поверхности. Отдельный лазерный диод синего свечения перед коллимированием имеет очень интенсивное оптическое поле на поверхности самого лазерного диода. Плотность мощности на грани может превышать максимум 20 МВт/см² вследствие образования модальных шнуров в резонаторе. Было обнаружено и теоретически обосновано, что эта высокая плотность мощности является тем, что запускает двухфотонную реакцию, которая диссоциирует атмосферу в корпусе. После диссоциации, свободные атомы кислорода быстро объединяются с любым свободным кремнием с образованием SiO₂ на грани. SiO₂ осаждается подобно геттерированию углерода. Процесс образования и отложения SiO₂ может также происходить на всем протяжении другой оптики, в том числе коллимирующей оптики, но вследствие значительно меньших плотностей мощности на коллимирующей оптике, которые могут составлять порядка нескольких кВт/см², эта скорость отложения является в 1000 раз меньшей скорости отложения на гранях, но ее все же следует учитывать при помещении в корпус, сборке и очистке системы.

[0062] Оптически активная поверхность твердотельного лазерного устройства настоящих систем и модулей, из которой распространяется лазерный пучок, например, торец волокна, окно, или грань, может иметь плотность мощности по меньшей мере примерно 0,5 МВт/см², по меньшей мере примерно 1 МВт/см², по меньшей мере примерно 10 МВт/см², по меньшей мере примерно 20 МВт/см², по меньшей мере примерно 50 МВт/см², по меньшей мере примерно 100 МВт/см², по меньшей мере примерно 500 МВт/см², примерно 1000 МВт/см² или менее; от примерно 10 МВт/см² до примерно 100 МВт/см², от примерно 5 МВт/см² до примерно 20 МВт/см² и от примерно 50 МВт/см² до примерно 500 МВт/см².

[0063] Любое твердотельное устройство для генерирования и распространения лазерного пучка может быть использовано в настоящих системах и модулях. Предпочтительно, твердотельное устройство распространяет лазерный пучок, имеющий длину волны из длин волн в синем, сине-зеленом и зеленом диапазонах спектра. Такие твердотельные лазерные устройства могут быть, например, лазерными диодами, волоконными лазерами, рамановскими волоконными лазерами и рамановскими лазерами на основе кристалла (например, алмаза, KGW, YVO₄, Ba(NO₃)₂, и т.д.), и комбинациями и вариантами одного или более из них. Настоящие системы могут иметь один, два, три, пять, десять, десятки, сто, сотни и тысячи этих твердотельных устройств, пучки которых должны быть объединены для обеспечения лазерного пучка высокой мощности и высокой яркости для промышленных и других применений.

[0064] Следует понимать, что хотя это описание изобретения фокусируется на полных лазерных системах, например, на твердотельном лазерном устройстве и оптическом модуле, которые объединяются или встраиваются в один корпус или кожух, его идеи равным образом применимы к автономному лазерному устройству без какой-либо оптики, автономному оптическому модулю без какого-либо лазера, и к их комбинациям и вариантам. Эти модули могут быть оптически объединены, например, соединены, на месте эксплуатации или перед поставкой, например, оптическими волокнами с оптическими соединителями.

[0065] Варианты осуществления настоящих лазерных устройств и систем могут быть использованы для промышленных применений, таких как, например, сварка компонентов, в том числе компонентов электронных устройств накопления энергии.

[0066] Поскольку процесс, который создает отложения на грани и других поверхностях лазерного диода, а также на других оптически активных поверхностях, что приводит к потерям мощности, запускается двухфотонным процессом, этот процесс может возникать независимо от того, являются ли устройства импульсными или работают в непрерывном режиме (CW). Отличием между этими двумя режимами работы является скорость осаждения SiO₂ на грань лазерного диода. Скорость осаждения прямо пропорциональна плотности мощности, количество отложений является интегралом этой скорости осаждения по времени. В результате, если осаждение происходит со скоростью 10 мкм за 1000 ч при работе в режиме CW, то тогда при работе с 10%-рабочим циклом будет осаждаться только 1 мкм за 1000 истекших часов. Скорость осаждения, используемая здесь, является просто примером и зависит от ряда других факторов, главным образом, от количества полисилоксанов, захваченных в корпусе.

[0067] Сравнительный пример, приведенный на фиг. 1 и 2, использует лазер синего свечения класса 60 Вт, составленный из 20 отдельных излучающих диодов, каждый из которых коллимируется коллимирующей линзой оси наибольшей скорости распространения излучения для обеспечения ввода в доставочное волокно. Эти линзы закрепляются отверждаемой УФ оптической эпоксидной смолой после выравнивания с субмикронной точностью. Корпус изготовлен из медных частей с золотым гальваническим покрытием с использованием низкотемпературных припоев. Эти линзы прикрепляются к стеклянным опорам для согласования коэффициентов теплового расширения. Этот довольно простой модуль использует оптические клеи 3 разных типов, 2 припоя, стекла 3 разных типов и 2 варианта меди с золотым гальваническим покрытием. Процесс сборки включает в себя множество этапов с разными инструментами и контейнерами для хранения компонентов, которые все обеспечивают возможность загрязнения поверхностей. В результате, взаимодействие излучения синего свечения с загрязнением приводит к быстрой деградации выходной мощности устройства с течением времени. Это показано на фиг. 1, которая показывает эффективность типичного устройства в течение длительного испытания; ожидаемый срок службы лазера составляет лишь примерно 200 ч (на основе определения времени достижения 80% от номинальной мощности), что явно недостаточно для промышленной эксплуатации. Кривая на фиг. 1 показывает очень типичную скорость деградации -100%/1000ч, соответствующий срок службы устройства составляет менее 200 ч.

[0068] Устройства на фиг. 1 и фиг. 2 имели одинаковое количество кислорода, 60%.

[0069] Было обнаружено, что в системе существуют по меньшей мере два взаимодействия излучения синего свечения, которые вредны для эффективности лазера и, в частности, эффективности лазера с течением времени. Во-первых, рассеянное излучение, отраженное излучение и они оба в системе нагревают поверхности системы, увеличивая дегазацию из этих поверхностей и увеличивая количество улетучившихся загрязняющих веществ, что, в свою очередь, увеличивает количество тех загрязняющих веществ, которые осаждаются и ухудшают эффективность лазерной системы. Во-вторых, лазерный пучок фотохимически диссоциирует кислород посредством двухфотонного процесса. Атомы кислорода затем вступают в реакцию как с органическими веществами в корпусе, образуя CO₂, так и с полисилоксанами с образованием SiO₂. В случае органических веществ CO₂ не осаждается ни на каких поверхностях, и, таким образом, их источник углеводородов не имеет значения, но полисилоксаны очень вредны для надежности. Следовательно, среда корпуса (например, внутренняя среда кожуха, содержащая твердотельное лазерное устройство, путь пучка и оптику) собирается и герметизируется таким образом, чтобы не допустить введения влаги и других загрязняющих веществ для обеспечения надежной эксплуатации.

[0070] Фиг. 2 показывает график изменения выходной мощности 5 образцов мощных лазерных устройств синего свечения, которые были помещены в корпус и собраны таким образом, чтобы они были свободны от силоксанов во внутренней среде и имели кислородную атмосферу. Лазерные устройства, используемые для испытаний c фиг. 2, были очищены с использованием примера последовательностей очистки согласно настоящим изобретениям. Средняя скорость деградации этих устройств, которые были свободны от силоксанов, составляет -2,3% за 1000 ч, что обеспечивает увеличение в 43 раза срока службы по сравнению с устройствами фиг. 1.

[0071] Нижеследующие примеры обеспечены для иллюстрации различных вариантов осуществления настоящих способов сборки, лазерных систем и операций. Эти примеры приведены в иллюстративных целях, могут быть прогнозирующими и не должны рассматриваться как объем или же ограничивать объем настоящих изобретений.

[0072] Пример 1

[0073] Обратимся к фиг. 10, где показано схематическое изображение лазерного диода с фиг. 9, который собран в герметизированный корпус, который обеспечивает увеличенный срок службы диода. Этот корпус может быть затем встроен в лазерную систему для обеспечения увеличенного срока службы этой системы. Диод 1000 расположен внутри герметизированного кожуха 1050, который образует корпус или оболочку для лазерного диода и является модулем лазерного диода. Кожух 1050 содержит внутреннюю среду 1051, которая изолирована от внешней среды 1052. Диод 1000 распространяет лазерный пучок по пути 1056 лазерного пучка через окно 1055 во внешнюю среду 1052. Внутренняя поверхность 1080 окна 1055 выставлена во внутреннюю среду 1051 и находится с ней в контакте. Все поверхности внутренней полости свободны от загрязняющих веществ на основе кремния. Лазерный пучок находится в диапазоне длин волн в синем диапазоне спектра и имеет мощность 3 Вт. Внутренняя среда содержит 60% кислорода, посредством чего во время эксплуатации твердотельного устройства во внутренней полости создается CO₂ из любых загрязняющих веществ на основе углерода, которые могут присутствовать после очистки. Помещенный в корпус модуль имеет скорость деградации мощности меньше 2,0%, и срок службы лазера составляет по меньшей мере 30000 ч.

[0074] Пример 1А

[0075] В вариантах осуществления Примера 1 внутренняя среда может содержать от 1% до 80% кислорода. Мощность лазерного пучка может быть от примерно 1 Вт до примерно 10 Вт. Скорость деградации мощности может быть меньше 3%, меньше 2,5%, меньше 2% и меньше 1,5%. Этот вариант осуществления может обеспечивать срок службы лазера по меньшей мере 20000 ч, по меньшей мере 40000 ч, по меньшей мере 50000 ч, и по меньшей мере 100000 ч. В частности, варианты осуществления могут обеспечивать эти сроки службы и скорости деградации при сборке в лазерную систему, например, при помещении в корпус вместе с оптикой.

[0076] Пример 1В

[0077] Лазерный диод из Примера 1 является лазерным диодом синего свечения в корпусе типа ТО-9.

[0078] Пример 1С

[0079] Обратимся к фиг. 11, где показано схематическое изображение 4 лазерных диодов, которые обеспечивают лазерные пучки синего свечения, которые собраны в герметизированный корпус, который обеспечивает увеличенный срок службы диодов. Этот корпус может быть затем встроен в лазерную систему для обеспечения увеличенного срока службы этой системы. Четыре лазерных диода 1100a, 1100b, 1100c, 1100d размещены, например, содержатся, в кожухе 1150, который герметизирован и, таким образом, имеет внутреннюю среду 1151. Кожух 1150 защищает внутреннюю среду 1151 и изолирует ее от внешней среды 1152. Четыре лазерных диода распространяют лазерные пучки синего свечения, имеющие мощность примерно 5 Вт, которые проходят по путям 1156a, 1156b, 1156c, 1156d пучков. Лазерные пучки проходят по их соответствующим путям пучков и выходят из кожуха 1150 через окно 1155, где они переходят во внешнюю среду 1152. Внутренняя поверхность 1180 окна 1155 выставлена во внутреннюю среду 1151 и находится в контакте с ней. Могут также использоваться четыре отдельных окна, по одному на каждый диод. Все поверхности во внутренней полости свободны от загрязняющих веществ на основе кремния. Каждый из лазерных пучков находится в диапазоне длин волн синего свечения, и каждый из них имеет мощность примерно 5 Вт. Внутренняя среда содержит 60% кислорода, посредством чего во время эксплуатации твердотельного устройства во внутренней полости создается CO₂ из любых загрязняющих веществ на основе углерода, которые остаются после очистки. Помещенный в корпус модуль имеет скорость деградации мощности меньше 2,0%, и срок службы лазера составляет по меньшей мере 30000 ч.

[0080] Пример 1D

[0081] В вариантах осуществления Примера 1С внутренняя среда может содержать от 1% до 80% кислорода. Мощность лазерного пучка может быть от примерно 1 Вт до примерно 10 Вт. Скорость деградации мощности может быть меньше 3%, меньше 2,5%, меньше 2% и меньше 1,5%. Этот вариант осуществления может обеспечивать срок службы лазера по меньшей мере 20000 ч, по меньшей мере 40000 ч, по меньшей мере 50000 ч, и по меньшей мере 100000 ч. В частности, варианты осуществления могут обеспечивать эти сроки службы и скорости деградации при сборке в лазерную систему, например, при помещении в корпус вместе с оптикой.

[0082] Пример 1Е

[0083] Лазерные диоды из Примера 1С являются лазерными диодами синего свечения в корпусах типа ТО-9.

[0084] Пример 2

[0085] Обратимся к фиг. 4, где показано схематическое изображение варианта осуществления твердотельного лазерного модуля 400 высокой мощности и высокой яркости или лазерной системы для обеспечения высококачественного лазерного пучка 450 в течение длительных периодов времени без значительной деградации свойств лазерного пучка, причем модуль имеет: кожух 426, образующий внутреннюю полость 434; причем внутренняя полость изолирована от среды 435, которая является внешней по отношению к кожуху; твердотельное устройство 401 для распространения лазерного пучка 450 от поверхности 404 распространения твердотельного устройства по пути 450а лазерного пучка, и причем лазерный пучок имеет плотность мощности по меньшей мере примерно 0,5 МВт/см² на поверхности 404 распространения; оптический модуль 402, имеющий оптическую связь с твердотельным устройством 401 и находится на пути 450а лазерного пучка; причем твердотельное устройство и оптический модуль расположены в кожухе 426 и во внутренней полости 434, посредством чего твердотельное устройство и оптический модуль изолированы от внешней среды 435; причем кожух содержит поверхность 425 распространения кожуха, посредством чего лазерный пучок проходит из кожуха 426 во внешнюю среду 435 по пути 450а лазерного луча; поверхность 425 распространения кожуха имеет оптическую связь с оптическим модулем 402 и находится на пути 450а лазерного пучка; лазерный пучок после выхода из поверхности распространения кожуха характеризуется свойствами пучка, причем свойства пучка содержат: (i) мощность по меньшей мере 100 Вт; и (ii) BPP меньше 40 мм·мрад; и причем внутренняя полость свободна от источников загрязняющих веществ на основе кремния, посредством чего во время эксплуатации твердотельного устройства во внутренней полости не образуется SiO₂; посредством чего внутренняя полость остается свободной от наслоений SiO₂; при этом скорость деградации свойств пучка составляет 2,3% за 1000 ч или менее.

[0086] Пример 3

[0087] В одном варианте осуществления лазерный модуль из Примера 2 имеет твердотельное устройство, которое выдает лазерный пучок, причем лазерный пучок имеет длину волны в диапазоне от 410 нм до 500 нм.

[0088] Пример 4

[0089] В одном варианте осуществления лазерный модуль из Примера 2 имеет твердотельное устройство, которое выдает лазерный пучок, причем лазерный пучок имеет длину волны в диапазоне от 405 нм до 575 нм.

[0090] Пример 5

[0091] В одном варианте осуществления лазерный модуль из Примера 2 имеет твердотельное устройство, которое выдает лазерный пучок, причем лазерный пучок имеет длину волны в диапазоне от 500 нм до 575 нм.

[0092] Пример 6

[0093] В вариантах осуществления лазерных модулей из Примеров 2, 3, 4 и 5 твердотельное устройство является рамановским волоконным лазером, рамановским лазером на основе кристалла и комбинациями и вариантами одного или более из них. Оптический модуль имеет оптические элементы, включающие в себя коллимирующую оптику, фокусирующую оптику, линзы, зеркала, объединяющую пучки оптику и комбинации и варианты одного или более из них. Свойства пучков дополнительно имеют ширину спектральной полосы примерно 20 нм или менее. Поверхность распространения кожуха является окном, торцом волокна и комбинациями и вариантами одного или более из них. BPP меньше примерно 15 мм·мрад; и плотность мощности на поверхности распространения составляет от примерно 1 МВт/см² до примерно 1000 МВт/см².

[0094] Пример 7

[0095] В вариантах осуществления лазерных модулей из Примеров 2, 3, 4, 5 и 6 мощность лазерного пучка составляет от примерно 100 Вт до примерно 1000 Вт. Свойства пучка дополнительно содержат ширину спектральной полосы примерно 20 нм или менее; плотность мощности на поверхности распространения составляет от примерно 0,5 МВт/см² до примерно 1000 МВт/см²; и скорость деградации свойств пучка составляет меньше 2,0% за 1000 ч.

[0096] Пример 8

[0097] В вариантах осуществления лазерных модулей из Примеров 2-7 и 13-26 внутренняя полость содержит газ, содержащий по меньшей мере 1% кислорода; посредством чего во время эксплуатации твердотельного устройства во внутренней полости создается CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода; посредством чего поверхность распространения твердотельного устройства и оптический модуль остаются свободными от углеродных наслоений.

[0098] Пример 9

[0099] В вариантах осуществления лазерных модулей из Примеров 2-7 и 13-26 внутренняя полость содержит газ, содержащий по меньшей мере 5% кислорода; посредством чего во время эксплуатации твердотельного устройства во внутренней полости создается CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода; посредством чего поверхность распространения твердотельного устройства и оптический модуль остаются свободными от углеродных наслоений.

[00100] Пример 10

[00101] В вариантах осуществления лазерных модулей из Примеров 2-7 и 13-26 внутренняя полость содержит газ, содержащий по меньшей мере 10% кислорода; посредством чего во время эксплуатации твердотельного устройства во внутренней полости создается CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода; посредством чего поверхность распространения твердотельного устройства и оптический модуль остаются свободными от углеродных наслоений.

[00102] Пример 11

[00103] В вариантах осуществления лазерных модулей из Примеров 2-7 и 13-26 внутренняя полость содержит газ, содержащий по меньшей мере 20% кислорода; посредством чего во время эксплуатации твердотельного устройства во внутренней полости создается CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода; посредством чего поверхность распространения твердотельного устройства и оптический модуль остаются свободными от углеродных наслоений.

[00104] Пример 12

[00105] В вариантах осуществления лазерных модулей из Примеров 2-7 и 13-26 внутренняя полость содержит газ, содержащий по меньшей мере от примерно 5% до примерно 50% кислорода; посредством чего во время эксплуатации твердотельного устройства во внутренней полости создается CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода; посредством чего поверхность распространения твердотельного устройства и оптический модуль остаются свободными от углеродных наслоений.

[00106] Пример 13

[00107] В вариантах осуществления лазерных модулей из Примеров 2-12 и 17-26 скорость деградации свойств пучка составляет 2,0% за 1000 ч или менее.

[00108] Пример 14

[00109] В вариантах осуществления лазерных модулей из Примеров 2-12 и 17-26 скорость деградации свойств пучка составляет 1,8% за 1000 ч или менее.

[00110] Пример 15

[00111] В вариантах осуществления лазерных модулей из Примеров 2-12 и 17-26 модуль имеет и характеризуется наличием увеличенного срока службы не менее 10000 ч.

[00112] Пример 16

[00113] В вариантах осуществления лазерных модулей из Примеров 2-12 и 17-26 модуль характеризуется наличием увеличенного срока службы не менее 5000 ч.

[00114] Пример 17

[00115] Обратимся к фиг. 5, где обеспечено схематическое изображение твердотельного лазерного модуля 500 высокой мощности и высокой яркости для обеспечения высококачественного лазерного пучка 550 синего свечения в течение длительных периодов времени без значительной деградации свойств пучка, причем модуль имеет: кожух 526, образующий внутреннюю полость 534; причем внутренняя полость изолирована от среды 535, которая является внешней по отношению к кожуху 526; множество диодных лазерных устройств 501a, 501b, 501c, 501d, 501e для распространения множества лазерных пучков, например, пучка 550, из множества граней, например, грани 504, по множеству путей диодных лазерных пучков, например, пути 550а, причем лазерные пучки имеют длину волны в диапазоне от 400 нм до 500 нм; и причем каждый лазерный пучок имеет плотность мощности по меньшей мере примерно 0,5 МВт/см² на каждой из граней; оптический модуль 502, имеющий оптическую связь с каждым из диодных лазерных устройств и находится на путях лазерных пучков; причем оптический модуль содержит коллимирующую оптику, например, коллимирующую линзу 560, и объединяющую пучки оптику 565; причем оптический модуль 502 объединяет множество диодных лазерных пучков для обеспечения объединенного лазерного пучка 552 по пути 552а объединенного лазерного пучка; причем множество диодных лазерных устройств и оптический модуль расположены в кожухе 526 и во внутренней полости 534, посредством чего множество диодных лазерных устройств и оптический модуль изолированы от внешней среды 535; причем кожух содержит поверхность 525 распространения кожуха, посредством чего объединенный лазерный пучок проходит из кожуха 526 во внешнюю среду 535 по пути 552а объединенного лазерного пучка; поверхность 525 распространения кожуха имеет оптическую связь с оптическим модулем 502 и находится на пути 552а объединенного лазерного пучка; объединенный лазерный пучок 552 после выхода из поверхности 525 распространения кожуха характеризуется свойствами пучка, причем свойства пучка содержат: (i) мощность по меньшей мере 100 Вт; и (ii) BPP меньше 40 мм·мрад; и причем внутренняя полость 534 свободна от источников загрязняющих веществ на основе кремния, посредством чего во время эксплуатации множества диодных лазерных устройств во внутренней полости не образуется SiO₂ ; посредством чего внутренняя полость остается свободной от наслоений SiO₂; при этом скорость деградации свойств объединенного пучка составляет 2,3% за 1000 ч или менее.

[00116] Пример 18

[00117] В вариантах осуществления лазерных модулей из Примера 17 и других Примеров свойства пучка дополнительно содержат ширину спектральной полосы примерно 15 нм или менее; поверхность распространения кожуха выбирается из группы, состоящей из окна и торца волокна; BPP меньше примерно 15 мм·мрад; и плотность мощности на поверхности распространения составляет от примерно 0,5 МВт/см² до примерно 1000 МВт/см².

[00118] Пример 19

[00119] В вариантах осуществления лазерных модулей из Примера 17 и других Примеров, свойства пучка дополнительно содержат ширину спектральной полосы примерно 15 нм или менее; мощность объединенного лазерного пучка составляет по меньшей мере примерно 500 Вт; поверхность распространения кожуха выбирается из группы, состоящей из окна и торца волокна; BPP меньше примерно 30 мм·мрад; и плотность мощности на поверхности распространения составляет от примерно 0,5 МВт/см² до примерно 1000 МВт/см².

[00120] Пример 20

[00121] Обратимся к фиг. 6, где обеспечено схематическое изображение твердотельного лазерного модуля 600 высокой мощности и высокой яркости для обеспечения высококачественного лазерного пучка 650 синего свечения по пути 650а лазерного пучка в течение длительных периодов времени без значительной деградации свойств лазерного пучка, причем модуль имеет: кожух 626, образующий внутреннюю полость 634; причем внутренняя полость 634 образует изолированную среду; множество оптически активных поверхностей, например, поверхность 604а, поверхность 604b, поверхность 604c, поверхность 604d, поверхность 604e, причем лазерный пучок синего свечения распространяется из, проходит в, или отражается оптически активными поверхностями; множество оптически активных поверхностей расположено в изолированной среде внутренней полости 634 кожуха; причем по меньшей мере одна из оптически активных поверхностей расположена на твердотельном лазерном устройстве 601; причем лазерный пучок имеет плотность мощности по меньшей мере примерно 0,5 МВт/см² на одной или более оптически активных поверхностях, например, поверхности 604а, поверхности 604b, поверхности 604c, поверхности 604d, поверхности 604e; и причем внутренняя полость 634 свободна от источников загрязняющих веществ на основе кремния, посредством чего во время эксплуатации твердотельного лазерного устройства во внутренней полости не образуется SiO₂ ; причем внутренняя полость 634 содержит газ, содержащий кислород; посредством чего во время эксплуатации твердотельного лазерного устройства во внутренней полости создается CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода; посредством чего множество оптически активных поверхностей остается свободным от наслоений углерода и SiO₂; при этом скорость деградации мощности лазерного пучка синего свечения составляет 2,3% за 1000 ч или менее.

[00122] Оптически активная поверхность 604е является окном, обеспечивающим прохождение лазерного пучка 650 из кожуха во внешнюю среду 635.

[00123] Пример 21

[00124] Лазерный модуль 600 с фиг. 6 и лазерный модуль 500 с фиг. 5, причем твердотельный лазер выдает лазерный пучок, имеющий длину волны в диапазоне зеленых длин волн.

[00125] Пример 21А

[00126] Твердотельный лазер зеленого свечения из Примера 22 является лазерной системой инфракрасного (IR) свечения, частота излучения которой удваивается в кристалле ниобита лития. Эта система может иметь лазерный диод, внешний резонатор и кристалл ниобита лития в фокальной точке внешнего резонатора, причем все это может содержаться внутри кожуха.

[00127] Пример 22

[00128] Лазерные системы и модули из Примеров 2-21, 21А, где лазерные пучки имеют ширину полосы примерно 5 нм, примерно 10 нм, примерно 20 нм, от примерно 10 нм до примерно 30 нм, от примерно 5 нм до примерно 40 нм, примерно 20 нм или менее, примерно 30 нм или менее, примерно 15 нм или менее, примерно 10 нм или менее.

[00129] Пример 23

[00130] Лазерные системы и модули из Примеров 2-23, где лазерный пучок у или вблизи точки, где пучок выходит из кожуха и распространяется во внешнюю среду, имеет мощности от примерно 100 Вт до примерно 100000 Вт, от примерно 100 Вт до примерно 40000 Вт, от примерно 100 Вт до примерно 1000 Вт, примерно 200 Вт, примерно 250 Вт, примерно 500 Вт, примерно 1000 Вт, примерно 10000 Вт, по меньшей мере примерно 100 Вт, по меньшей мере примерно 200 Вт, по меньшей мере примерно 500 Вт и по меньшей мере примерно 1000 Вт.

[00131] Пример 24

[00132] Лазерные системы и модули из Примеров 2-23, где лазерный пучок имеет BPP от примерно 10 мм·мрад до примерно 50 мм·мрад, меньше примерно 40 мм·мрад, меньше примерно 30 мм·мрад, меньше примерно 20 мм·мрад, меньше примерно 15 мм·мрад, и меньше примерно 10 мм·мрад.

[00133] Пример 25

[00134] Лазерные системы и модули из Примеров 2-23, где источниками загрязняющих веществ на основе кремния являются силоксаны, полимеризованные силоксаны, линейные силоксаны, циклические силоксаны, циклометиконы, полисилоксаны и варианты одного или более из них.

[00135] Пример 26

[00136] Лазерные системы и модули из Примеров 2-25, где источниками загрязняющих веществ на основе углерода являются остатки растворителя, масла, отпечатки пальцев, другие источники углеводородов и комбинации и варианты одного или более из них.

[00137] Пример 27

[00138] Варианты осуществления твердотельных лазеров высокой яркости синего свечения показаны в Таблице 1. Эта таблица показывает мощность, яркость и эффективность, которые могут быть обеспечены 2,5-ваттными лазерными диодами в двумерной конфигурации со спектральным объединением пучков. Эта таблица показывает, как мощность и яркость лазерных систем, основанных на 350-ваттном модуле, который является стандартным блоком, масштабируются до многокиловаттного уровня мощности с использованием волоконных объединителей для ввода в волокно процесса.

[00139] Таблица 1

Модули Выходная мощность BPP (мм·мрад) 1 350 5 2 700 13 3 1050 14 4 1400 15 5 1750 17 6 2100 19 7 2450 19 8 2800 21 9 3150 23 10 3500 24 11 3850 25 12 4200 27 13 4550 27 14 4900 28 15 5250 29 16 5600 30 17 5950 31 18 6300 32

[00140] Системы, обеспечивающие пучки из Таблицы 1, имеют скорость деградации свойств пучка, которая составляет от примерно 5% до примерно 1,5% за 1000 ч или менее, 2,5% за 1000 ч или менее, 2,0% за 1000 ч или менее, 1,8% за 1000 ч или менее, 1,0% за 1000 ч или менее и меньшие значения. Системы, обеспечивающие пучки из Таблицы 1, имеют сроки службы от по меньшей мере примерно 5000 ч до примерно 100000 ч, по меньшей мере примерно 5000 ч, по меньшей мере примерно 10000 ч, по меньшей мере примерно 20000 ч, по меньшей мере примерно 40000 ч, от примерно 10000 ч до примерно 50000 ч и большие сроки службы.

[00141] Пример 28

[00142] Те же самые модули из Примера 27 могут быть также объединены в свободном пространстве, что сохраняет яркость, но усложняет замену модулей. Мощность и произведения параметров пучка, которые могут быть обеспечены, показаны в Таблице 2.

[00143] Таблица 2

Выходная мощность Волокно процесса (мкм) BPP (мм·мрад) 350 45 5 700 90 13 1050 97 14 1400 109 15 1750 122 17 2100 135 19 2450 135 19 2800 149 21 3150 163 23 3500 172 24 3850 181 25 4200 191 27 4550 195 27 4900 203 28 5250 208 29 5600 216 30 5950 219 31 6300 230 32

[00144] Системы, обеспечивающие пучки Таблицы 2, имеют скорость деградации свойств пучка, которая составляет от примерно 5% до примерно 1,5% за 1000 ч или менее, 2,5% за 1000 ч или менее, 2,0% за 1000 ч или менее, 1,8% за 1000 ч или менее, 1,0% за 1000 ч или менее и меньшие значения. Системы, обеспечивающие пучки Таблицы 2, имеют сроки службы от по меньшей мере примерно 5000 ч до примерно 100000 ч, по меньшей мере примерно 5000 ч, по меньшей мере примерно 10000 ч, по меньшей мере примерно 20000 ч, по меньшей мере примерно 40000 ч, от примерно 10000 ч до примерно 50000 ч и большие сроки службы.

[00145] Пример 29

[00146] Варианты осуществления твердотельных лазеров высокой яркости синего свечения показаны в Таблице 3 для систем, использующих более мощный лазерный диод синего свечения в каждом устройстве, мощность которого приблизительно составляет 6,5 Вт. Базовый модуль имеет теперь мощность приблизительно 900 Вт, и эти модули объединяются через волоконные объединители для создания лазерных диодных систем высокой мощности и высокой яркости синего свечения, показанных в Таблице 3.

[00147] Таблица 3

Число модулей Выходная мощность BPP (мм·мрад) 1 882 5 2 1764 13 3 2646 14 4 3528 15 5 4410 17 6 5292 19 7 6174 19 8 7056 21 9 7938 23 10 8820 24 11 9702 25 12 10584 27 13 11466 27 14 12348 28 15 13230 29 16 14112 30 17 14994 31 18 15876 32

[00148] Системы, обеспечивающие пучки Таблицы 3, имеют скорость деградации свойств пучка, которая составляет от примерно 5% до примерно 1,5% за 1000 ч или менее, 2,5% за 1000 ч или менее, 2,0% за 1000 ч или менее, 1,8% за 1000 ч или менее, 1,0% за 1000 ч или менее и меньшие значения. Системы, обеспечивающие пучки Таблицы 3, имеют сроки службы от по меньшей мере примерно 5000 ч до примерно 100000 ч, по меньшей мере примерно 5000 ч, по меньшей мере примерно 10000 ч, по меньшей мере примерно 20000 ч, по меньшей мере примерно 40000 ч, от примерно 10000 ч до примерно 50000 ч и большие сроки службы.

[00149] Пример 30

[00150] Обратимся к фиг. 7, которая является графиком зависимости лазерной мощности от срока эксплуатации. Можно увидеть, что лазерный диодный модуль синего свечения обеспечивает профиль эксплуатации, где скорость деградации (вычерченная линия) является малой. Скорость деградации имеет прямой участок от примерно 200 ч до примерно 550 ч. После примерно 800 ч скорость деградации составляет примерно 0,7% за 1000 ч. Эта скорость деградации, показанная для срока эксплуатации от 800 до 1600 ч, будет оставаться той же самой (т.е., наклон вычерченной линии значительно не изменится) в течение остальной части срока службы системы.

[00151] Пример 31

[00152] Обратимся к фиг. 8, которая является графиком зависимости лазерной мощности от срока эксплуатации. Можно увидеть, что лазерный диодный модуль синего свечения обеспечивает профиль эксплуатации, где скорость деградации (вычерченная линия) является малой. Скорость деградации имеет прямой участок от примерно 150 ч до примерно 800 ч. После примерно 800 ч скорость деградации составляет примерно 0,7% за 1000 ч. Эта скорость деградации, показанная для срока эксплуатации от 800 до 1600 ч, будет оставаться той же самой (т.е., наклон вычерченной линии значительно не изменится) в течение остальной части срока службы системы.

[00153] Следует отметить, что не существует никаких требований обеспечить или рассмотреть теорию, лежащую в основе новой и прорывной эффективности или других предпочтительных признаков и свойств, которые являются предметом вариантов осуществления настоящих изобретений или связаны с ними. Тем не менее, различные теории обеспечены в этом описании изобретения для дальнейшего улучшения данной области техники и, в частности, в важной области лазеров, лазерной обработки и применений лазеров. Эти теории приводятся в этом описании изобретения и, если явно не указано иное, никоим образом не ограничивают и не сужают объем охраны, предоставляемый заявленным изобретениям. Эти теории могут не требоваться и не применяться на практике для использования настоящих изобретений. Следует также понимать, что настоящие изобретения могут приводить к новым и прежде неизвестным теориям для объяснения функционирования, функций и признаков вариантов осуществления способов, изделий, материалов, устройств и систем настоящих изобретений; и такие разработанные позже теории не должны ограничивать объем охраны, предоставляемый настоящим изобретениям.

[00154] Различные варианты осуществления лазеров, диодов, массивов, модулей, узлов, видов деятельности и операций, изложенные в этом описании изобретения, могут быть использованы в идентифицированных выше областях и в различных других областях. Дополнительно эти варианты осуществления, например, могут быть использованы с: существующими лазерами, системами аддитивного производства, операциями и видами деятельности, а также другим существующим оборудованием, будущими лазерами, системами аддитивного производства, операциями и видами деятельности; и такими элементами, которые могут быть модифицированы отчасти на основе идей этого описания изобретения. Дополнительно, различные варианты осуществления, изложенные в этом описании изобретения, могут быть использованы друг с другом в разных и различных комбинациях. Таким образом, например, конфигурации, обеспечиваемые в различных вариантах осуществления этого описания изобретения, могут быть использованы друг с другом. Например, компоненты варианта осуществления, имеющего A, A’ и B, и компоненты варианта осуществления, имеющего A’’, C и D, могут быть использованы друг с другом в различных комбинациях, например, A, C, D, и A, A’’ C и D, и т.д., согласно идеям этого описания изобретения. Объем охраны, предоставляемой настоящим изобретениям, не следует ограничивать конкретным вариантом осуществления, конфигурацией или расположением, которые изложены в конкретном варианте осуществления, например, в варианте осуществления на конкретной фигуре.

[00155] Настоящее изобретение может быть реализовано в формах, отличных от форм, конкретно раскрытых здесь, не выходя за рамки его сущности или существенных характеристик. Описанные варианты осуществления должны считаться во всех отношениях только иллюстративными, а не ограничивающими.

Группа изобретений относится к лазерным системам высокой мощности и высокой яркости, обеспечивающим получение лазерного пучка синего свечения. Твердотельное устройство и оптический модуль расположены во внутренней полости кожуха. Лазерный пучок имеет длину волны от 410 до 500 нм и плотность мощности по меньшей мере 0,5 МВт/см² на поверхности распространения. После выхода из поверхности распространения кожуха пучок имеет мощность по меньшей мере 100 Вт и произведение параметров пучка (BPP) меньше 100 мм⋅мрад. Внутренняя полость кожуха содержит кислород и свободна от источников загрязняющих веществ на основе кремния, что предотвращает образование и наслоение SiO₂, при этом скорость деградации свойств пучка составляет 2,3% за 1000 ч или менее. Изобретение обеспечивает сохранение начальных свойств пучка, в том числе уровень мощности. 4 н. и 53 з.п. ф-лы, 11 ил., 3 табл., 31 пр.

1. Твердотельный лазерный модуль для получения лазерного пучка синего свечения, содержащий:

а) кожух, образующий внутреннюю полость, изолированную от внешней среды,

b) твердотельное устройство для распространения лазерного пучка от поверхности распространения по пути лазерного пучка, причем лазерный пучок имеет длину волны в диапазоне от 410 до 500 нм и плотность мощности по меньшей мере 0,5 МВт/см² на поверхности распространения,

с) оптический модуль, имеющий оптическую связь с твердотельным устройством и находящийся на пути лазерного пучка,

при этом твердотельное устройство и оптический модуль расположены во внутренней полости кожуха, который изолирует их от внешней среды,

кожух имеет поверхность распространения, которая пропускает лазерный пучок из кожуха во внешнюю среду по пути лазерного пучка, имеет оптическую связь с оптическим модулем и находится на пути лазерного пучка,

причем лазерный пучок после выхода из поверхности распространения кожуха характеризуется свойствами пучка, включающими: (i) мощность по меньшей мере 100 Вт и (ii) произведение параметров пучка (BPP) меньше 100 мм⋅мрад,

а внутренняя полость кожуха свободна от источников загрязняющих веществ на основе кремния, что предотвращает образование и наслоение SiO₂, при этом скорость деградации свойств пучка составляет 2,3% за 1000 ч или менее.

2. Модуль по п. 1, в котором твердотельное устройство выбрано из группы, состоящей из рамановского волоконного лазера, диодного лазера и рамановского лазера на основе кристалла, а оптический модуль содержит оптические элементы, выбранные из группы, состоящей из коллимирующей оптики, фокусирующей оптики, линз, зеркал и объединяющей пучки оптики,

причем пучок дополнительно характеризуется шириной спектральной полосы 20 нм или менее,

поверхность распространения кожуха представляет собой окно или торец волокна,

при этом BPP меньше 40 мм⋅мрад, а плотность мощности на поверхности распространения составляет от 1 до 1000 МВт/см².

3. Модуль по п. 1, в котором твердотельное устройство выбрано из группы, состоящей из рамановского волоконного лазера, диодного лазера и рамановского лазера на основе кристалла, а мощность лазерного пучка составляет от 100 до 1000 Вт,

причем пучок дополнительно характеризуется шириной спектральной полосы 20 нм или менее;

плотность мощности на поверхности распространения составляет от 0,5 до 1000 МВт/см², а скорость деградации свойств пучка составляет меньше 2,0% за 1000 ч.

4. Модуль по любому из пп. 1-3, в котором внутренняя полость содержит газ, содержащий по меньшей мере 1% кислорода, обеспечивающий во время эксплуатации твердотельного устройства образование во внутренней полости CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода и предотвращение наслоения углерода на поверхности распространения твердотельного устройства и оптического модуля.

5. Модуль по любому из пп. 1-3, в котором внутренняя полость содержит газ, содержащий по меньшей мере 10% кислорода, обеспечивающий во время эксплуатации твердотельного устройства образование во внутренней полости CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода и предотвращение наслоения углерода на поверхности распространения твердотельного устройства и оптического модуля.

6. Модуль по любому из пп. 1-3, в котором внутренняя полость содержит газ, содержащий по меньшей мере 40% кислорода, обеспечивающий во время эксплуатации твердотельного устройства образование во внутренней полости CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода и предотвращение наслоения углерода на поверхности распространения твердотельного устройства и оптического модуля.

7. Модуль по любому из пп. 1-3, в котором внутренняя полость содержит газ, содержащий по меньшей мере 60% кислорода, обеспечивающий во время эксплуатации твердотельного устройства образование во внутренней полости CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода и предотвращение наслоения углерода на поверхности распространения твердотельного устройства и оптического модуля.

8. Модуль по любому из пп. 1-7, который обеспечивает скорость деградации свойств пучка 2,0% за 1000 ч или менее.

9. Модуль по любому из пп. 1-7, который обеспечивает скорость деградации свойств пучка 1,8% за 1000 ч или менее.

10. Модуль по любому из пп. 1-9, который обеспечивает плотность мощности, составляющую по меньшей мере 1 МВт/см², на поверхности распространения.

11. Модуль по любому из пп. 1-9, который обеспечивает плотность мощности, составляющую по меньшей мере 5 МВт/см², на поверхности распространения.

12. Модуль по любому из пп. 1-9, который обеспечивает плотность мощности, составляющую по меньшей мере 10 МВт/см², на поверхности распространения.

13. Модуль по любому из пп. 1-9, который обеспечивает плотность мощности, составляющую по меньшей мере 20 МВт/см², на поверхности распространения.

14. Модуль по любому из пп. 1-13, в котором количество загрязняющих веществ на основе кремния во внутренней полости меньше 0,001 г.

15. Модуль по любому из пп. 1-13, в котором количество загрязняющих веществ на основе кремния во внутренней полости меньше 0,0001 г.

16. Модуль по любому из пп. 1-13 в котором количество загрязняющих веществ на основе кремния во внутренней полости меньше 0,00001 г.

17. Модуль по любому из пп. 1-13, в котором количество кремния во внутренней полости меньше 0,01 млн^-1.

18. Модуль по любому из пп. 1-13, в котором количество кремния во внутренней полости меньше 0,001 млн^-1.

19. Модуль по любому из пп. 1-13, в котором количество кремния во внутренней полости меньше 0,0001 млн^-1.

20. Модуль по любому из пп. 1-19, в котором твердотельное устройство содержит корпус типа ТО-9.

21. Твердотельный лазерный модуль для получения лазерного пучка синего свечения, содержащий:

а) кожух, образующий внутреннюю полость, изолированную от внешней среды,

b) диодные лазерные устройства для распространения лазерных пучков из граней диодов по путям лазерных пучков, причем лазерные пучки имеют длину волны в диапазоне от 400 до 500 нм и каждый лазерный пучок имеет плотность мощности по меньшей мере 0,5 МВт/см² на гранях диодов;

с) оптический модуль, имеющий оптическую связь с диодными лазерными устройствами и находящийся на путях лазерных пучков, причем оптический модуль содержит коллимирующую оптику и объединяющую пучки оптику, при этом

оптический модуль объединяет упомянутые диодные лазерные пучки для обеспечения объединенного лазерного пучка,

упомянутые диодные лазерные устройства и оптический модуль расположены во внутренней полости кожуха, который изолирует их от внешней среды, причем

кожух имеет поверхность распространения, которая пропускает объединенный лазерный пучок из кожуха во внешнюю среду по пути объединенного лазерного пучка, имеет оптическую связь с оптическим модулем и находится на пути объединенного лазерного пучка,

объединенный лазерный пучок после выхода из поверхности распространения кожуха характеризуется свойствами пучка, включающими: (i) мощность по меньшей мере 100 Вт и (ii) BPP меньше 40 мм⋅мрад,

причем внутренняя полость свободна от источников загрязняющих веществ на основе кремния, что предотвращает образование и наслоение SiO₂ во время эксплуатации упомянутых диодных лазерных устройств, при этом скорость деградации свойств объединенного пучка составляет 2,3% за 1000 ч или менее.

22. Модуль по п. 21, в котором пучок дополнительно характеризуется шириной спектральной полосы 15 нм или менее, а

поверхность распространения кожуха представляет собой окно или торец волокна, причем ВPP составляет меньше 15 мм⋅мрад и плотность мощности на поверхности распространения составляет от 0,5 до 1000 МВт/см².

23. Модуль по п. 21, в котором пучок дополнительно характеризуется шириной спектральной полосы 15 нм или менее, а мощность объединенного лазерного пучка составляет по меньшей мере 500 Вт,

причем поверхность распространения кожуха представляет собой окно или торец волокна,

при этом BPP меньше 30 мм⋅мрад и плотность мощности на поверхности распространения составляет от 0,5 до 1000 МВт/см².

24. Модуль по п. 21 или 22, в котором плотность мощности на поверхности распространения составляет по меньшей мере 5 МВт/см².

25. Модуль по п. 21 или 22, в котором плотность мощности на поверхности распространения составляет по меньшей мере 10 МВт/см².

26. Модуль по п. 21 или 22, в котором плотность мощности на поверхности распространения составляет по меньшей мере 20 МВт/см².

27. Модуль по любому из пп. 21-26, который обеспечивает скорость деградации свойств пучка 2,0% за 1000 ч или менее.

28. Модуль по любому из пп. 21-26, который обеспечивает скорость деградации свойств пучка 1,8% за 1000 ч или менее.

29. Модуль по любому из пп. 21-28, в котором внутренняя полость содержит газ, содержащий по меньшей мере 1% кислорода, обеспечивающий во время эксплуатации диодных лазерных устройств создание во внутренней полости CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода и предотвращение наслоения углерода на поверхности распространения граней диодов и оптического модуля.

30. Модуль по любому из пп. 21-28, в котором внутренняя полость содержит газ, содержащий по меньшей мере 10% кислорода, обеспечивающий во время эксплуатации диодных лазерных устройств создание во внутренней полости CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода и предотвращение наслоения углерода на поверхности распространения граней диодов и оптического модуля.

31. Модуль по любому из пп. 21-28, причем внутренняя полость содержит газ, содержащий по меньшей мере 40% кислорода, обеспечивающий во время эксплуатации диодных лазерных устройств создание во внутренней полости CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода и предотвращение наслоения углерода на поверхности распространения граней диодов и оптического модуля.

32. Модуль по любому из пп. 21-28, в котором внутренняя полость содержит газ, содержащий по меньшей мере 60% кислорода, обеспечивающий во время эксплуатации диодных лазерных устройств создание во внутренней полости CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода и предотвращение наслоения углерода на поверхности распространения граней диодов и оптического модуля.

33. Модуль по любому из пп. 21-28, в котором внутренняя полость содержит газ, содержащий по меньшей мере 20% кислорода, обеспечивающий во время эксплуатации диодных лазерных устройств создание во внутренней полости CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода и предотвращение наслоения углерода на поверхности распространения граней диодов и оптического модуля.

34. Модуль по любому пп. 21-33, в котором количество загрязняющих веществ на основе кремния во внутренней полости меньше 0,001 г.

35. Модуль по любому из пп. 21-33, в котором количество загрязняющих веществ на основе кремния во внутренней полости меньше 0,0001 г.

36. Модуль по любому из пп. 21-33, в котором количество загрязняющих веществ на основе кремния во внутренней полости меньше 0,00001 г.

37. Модуль по любому из пп. 21-33, в котором количество кремния во внутренней полости меньше 0,01 млн^-1.

38. Модуль по любому из пп. 21-33, в котором количество кремния во внутренней полости меньше 0,001 млн^-1.

39. Модуль по любому из пп. 21-33 в котором количество кремния во внутренней полости меньше 0,0001 млн^-1.

40. Модуль по любому из пп. 21-39, в котором диодное лазерное устройство содержит корпус типа ТО-9.

41. Твердотельный лазерный модуль для обеспечения лазерного пучка синего свечения, содержащий:

а) кожух, образующий внутреннюю полость, изолированную от внешней среды,

b) оптически активные поверхности, причем лазерный пучок синего свечения распространяется из, проходит в или отражается оптически активными поверхностями; упомянутые оптически активные поверхности расположены в изолированной среде внутренней полости кожуха, а по меньшей мере одна из оптически активных поверхностей расположена на твердотельном лазерном устройстве, причем

лазерный пучок имеет плотность мощности по меньшей мере 0,5 МВт/см² на одной или более оптически активных поверхностях, а

внутренняя полость свободна от источников загрязняющих веществ на основе кремния, что предотвращает образование и наслоение SiO₂ во время эксплуатации твердотельного лазерного устройства, и содержит газ, содержащий кислород, обеспечивающий во время эксплуатации твердотельного лазерного устройства образование CO₂ во внутренней полости из загрязняющих веществ на основе углерода и предотвращение наслоений на упомянутых оптически активных поверхностях наслоения углерода и SiO₂, при этом скорость деградации мощности лазерного пучка синего свечения составляет 2,3% за 1000 ч или менее.

42. Модуль по п. 41, в котором скорость деградации свойств пучка составляет 2,0% за 1000 ч или менее.

43. Модуль по п. 41, в котором скорость деградации мощности лазерного пучка составляет 1,8% за 1000 ч или менее.

44. Модуль по любому из пп. 41-43, в котором внутренняя полость содержит по меньшей мере 10% кислорода.

45. Модуль по любому из пп. 41-43, в котором внутренняя полость содержит по меньшей мере 20% кислорода.

46. Модуль по любому из пп. 41-43, в котором внутренняя полость содержит по меньшей мере 40% кислорода.

47. Модуль по любому из пп. 41-43, в котором внутренняя полость содержит по меньшей мере 60% кислорода.

48. Модуль по любому из пп. 41-47, в котором твердотельное устройство содержит корпус типа ТО-9.

49. Корпус c твердотельными лазерными устройствами для встраивания в лазерные системы, обеспечивающие лазерный пучок синего свечения, содержащий:

а) кожух, образующий внутреннюю полость, изолированную от внешней среды, содержащий окно, образующее часть внутренней полости;

b) твердотельное устройство для распространения лазерного пучка из поверхности распространения по пути лазерного пучка, причем лазерный пучок имеет длину волны в диапазоне от 410 до 500 нм и плотность мощности по меньшей мере 0,5 МВт/см² на поверхности распространения, причем

окно имеет оптическую связь с твердотельным устройством и находится на пути лазерного пучка,

твердотельное устройство расположено во внутренней полости кожуха, а внутренняя поверхность окна не обращена во внешнюю среду так, что твердотельное устройство и внутренняя поверхность окна изолированы от внешней среды, при этом

лазерный пучок проходит из кожуха через окно во внешнюю среду по пути лазерного пучка, причем

внутренняя полость кожуха свободна от источников загрязняющих веществ на основе кремния, что предотвращает образование и наслоение SiO₂ во время эксплуатации твердотельного устройства, при этом скорость деградации свойств пучка составляет 2,3% за 1000 ч или менее, при этом

внутренняя полость содержит газ, содержащий по меньшей мере 1% кислорода, обеспечивающий во время эксплуатации твердотельного устройства образование во внутренней полости CO₂ из загрязняющих веществ на основе углерода и предотвращение наслоения углерода на поверхности распространения твердотельного устройства и внутренней поверхности окна.

50. Корпус по п. 49, в котором твердотельное устройство состоит из одного или более диодных лазеров.

51. Корпус по п.50, в котором каждый диодный лазер содержит корпус типа ТО-9.

52. Корпус по любому из пп. 49-51, в котором плотность мощности лазерного пучка составляет по меньшей мере 10 МВт/см², лазерный пучок имеет мощность по меньшей мере 2 Вт, а скорость его деградации составляет 2,0% за 1000 ч или менее.

53. Корпус по любому из пп. 49-51, в котором плотность мощности лазерного пучка составляет по меньшей мере 5 МВт/см², лазерный пучок имеет мощность по меньшей мере 1,5 Вт, а скорость его деградации составляет 1,8% за 1000 ч или менее.

54. Корпус по любому из пп. 49-51, в котором плотность мощности лазерного пучка составляет по меньшей мере 15 МВт/см², лазерный пучок имеет мощность по меньшей мере 5 Вт, а скорость его деградации составляет 2,3% за 1000 ч или менее.

55. Корпус по любому из пп. 49-54, в котором внутренняя полость содержит по меньшей мере 10% кислорода.

56. Корпус по любому из пп. 49-54, в котором внутренняя полость содержит по меньшей мере 40% кислорода.

57. Корпус по любому из пп. 49-54, в котором внутренняя полость содержит по меньшей мере 60% кислорода.