用于内燃机的激光点火设备及其运行方法技术

本发明专利技术涉及一种用于内燃机（10）的激光点火设备（27），该激光点火设备具有拥有激光活性固体（44）和优选无源的品质因数电路（46）的激光设备（26）以及具有用于对激光设备（26）进行光学泵浦的泵浦光源（30;130）。根据本发明专利技术，泵浦光源（30;130）具有多个（32;132）表面发射半导体激光器（32a,32b,...）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于内燃机的激光点火设备，具有拥有激光活性固体和优选无源的品质因数电路(GUteschaltung)的激光设备以及具有用于对激光设备进行光泵浦的泵浦光源。本专利技术还涉及一种用于运行这样的激光点火设备的方法。
技术实现思路
本专利技术的任务是说明一种经改进的激光点火设备和一种经改进的运行方法。根据本专利技术，在开头提到类型的激光点火设备中，该任务通过激光光源具有多个表面发射半导体激光器来解决。根据本专利技术的对表面发射半导体激光器(英语verticalcavity surface emitting laser (垂直腔表面发射激光器)，VCSEL)的使用提供了运行激光点火设备的多种优点。与固体激光器相比更小的温度敏感性有利地使得能够在紧密接近内燃机时仍然利用VCSEL激光源，使得不需要将泵浦光源布置为远离内燃机。在使用VCSEL方案的情况下，通常简单的空气冷却就足够了，使得可以放弃水冷，其中水冷从那时起就被设置为使用在内燃机的范围中运行的半导体激光器。另外，由于VCSEL激光器生成的波长的大致为0.06nm/K (纳米每开尔文)的小温度敏感度，使得能够在半导体激光器处进行简单的温度调节。此外，VCSEL激光源的稳健性尤其是实现了激光火花塞的较简单的构造，其中激光火花塞通常容纳了用于内燃机的基于激光的点火设备的主要部件。特别是可以放弃激光火花塞中的截面转换器，同样不需要使用用于消除反馈效应的元件。这样的元件在具有固体激光器的常规激光点火系统中通常被设置用于减小常规泵浦光源上的高能激光点火脉冲的反作用。VCSEL阵列的线宽通常低于边发射激光器或其他半导体激光器的线宽。由此可以保证所泵浦的固体激光器材料中的由泵浦光源生成的泵浦辐射的特别有效的吸收。VCSEL阵列特别优选地由许多单个的表面发射激光发射器构成，使得通过串联和并联电接线的相应组合可以将标称工作电流和标称工作电压与内燃机或者用于激光点火设备的控制设备的不同运行条件相匹配。尤其是因此也可以支持用于内燃机的区域中的电磁兼容性的措施，所述措施可以由于以相对高的频率被开关的相对高的电流强度而出现。通过许多单个的VCSEL发射器的个别化的电接线，可以将泵浦光源非常简单地与用于VCSEL激光源的电源相匹配。此外，VCSEL阵列的输出功率可以通过发射面来缩放，使得可以在不对激光点火设备的构造进行大的结构性改变的情况下改变激光点火脉冲的能量，也就是说通过设计具有相应输出功率的泵浦光源。VCSEL阵列在用在激光点火设备中的另一优点在于，可以通过几何上简单的泵浦装置来容易地将附加的传感器定位在具有泵浦光源的泵浦模块中。在一个有利的实施方式中，设置有光导设备，通过该光导设备可以将由泵浦光源生成的泵浦辐射入射到激光设备中。该光导设备基本上具有锥形、棱柱、长方体、圆柱或棱锥形形状，其中用来将泵浦光源生成的泵浦辐射耦合输入到光导设备中的耦合输入面优选被布置为与耦合输出面平行，所述耦合输出面例如在锥形构造的情况下形成相应的截顶锥的顶面。通过泵浦光源中的VCSEL阵列的小的发散性以及发射泵浦光或泵浦辐射的面的几乎任意的形状，优选地可以使用相对小构造和对称的光导设备。在另一优选的实施方式中，光导设备至少部分地由玻璃和/或晶体和/或陶瓷材料构成。在此，尤其有利的是高折射率和良好的可加工性。光导的几何形状优选地与泵浦光源的表面发射半导体激光器的发散度相匹配，使得对于全部所生成的泵浦辐射来说满足光导设备的外罩面处的全反射条件。光导设备的长度例如可以通过所期望的度数与发射面的减小相匹配。在另一优选的实施方式中规定:光导设备直接地、或者借助于接触介质、比如折射率匹配膏接触泵浦光源和/或激光设备，由此给定泵浦辐射到激光设备或者激光设备的激光活性固体中的特别有效的耦合输入。直接的接触例如可以通过粘接、抵靠(Ansprengen)来产生。本专利技术的该实施方式具有针对部件的失配的特别高的文件性以及小的耦合损失。可替代地或作为补充地，可以在光导设备与激光设备之间置入辐射成形的光学器件。除了将泵浦辐射直接耦合输入到激光设备中以外，还可以在使用根据本专利技术的光导设备的情况下将泵浦辐射耦合输入到光导纤维中。在另一有利的实施方式中规定，泵浦光源具有多个在空间上彼此分开布置的表面发射半导体激光器、尤其是半导体激光器组，并且由半导体激光器组生成的泵浦辐射可以直接地或者通过聚焦光学器件入射到激光设备中。由此可以特别有利地实现激光设备或其激光活性固体中的彼此分开的泵浦体积，使得可以有利地同时生成多个激光脉冲。在此，个别化地被施加泵浦辐射的泵浦体积彼此独立地充当激光谐振器。在另一优选的实施方式中规定，泵浦光源具有多个泵浦光单元，其中第一泵浦光单元被布置和构造为使得其可以纵向地泵浦激光设备，并且其中至少一个另外的泵浦光单元被布置和构造为使得其可以横向地泵浦激光设备。横向泵浦有利地负责泵浦能量到激光介质、即激光活性固体中的特别简单的能量输入，并且纵向泵浦辐射导致在激光活性固体中形成具有良好辐射质量的激光模。另外的实施方式在如下情况下得出要横向输送的泵浦辐射到激光设备中的特别有效的耦合输入:被设置为横向光学泵浦的泵浦光单元分别具有基本上条形扁平布置，所述布置与激光设备的长轴基本平行地延伸。附加地可以给被设置为横向光学泵浦的泵浦光单元分配柱面透镜以用于将泵浦辐射集束到激光设备中。作为本专利技术的任务的另一解决方案，说明了根据权利要求10所述的方法。该根据本专利技术的方法规定，泵浦光源具有多个表面发射半导体激光器(VCSEL)，所述表面发射半导体激光器光学泵浦激光设备。在根据本专利技术的运行方法的一个优选的实施方式中规定，给激光设备或激光活性固体的不同体积区域彼此分开地施加泵浦光。由此可以特别优选地基本同时生成多个激光脉冲。在另一有利的实施方式中规定，借助于第一泵浦光单元纵向地泵浦激光设备，并且借助于至少一个另外的泵浦光单元横向地泵浦激光设备。第一泵浦光单元特别有利地生成具有基本圆形的射束截面的泵浦辐射，所述泵浦辐射被用于纵向地泵浦激光设备，由此产生质量特别好的激光模。附图说明本专利技术的其它特征、应用可能性和优点从下面对本专利技术的在附图的图中所示的实施例的描述中得出。在此，所有所描述或所示出的特征本身或以任意组合构成本专利技术的主题，而与其在权利要求书中的总结或其回引无关以及与其在说明书或附图中的表达或图示无关。在附图中: 图1示出了具有根据本专利技术的基于激光的点火系统的内燃机， 图2示意性地详细示出了来自图1的激光火花塞的第一实施方式， 图3示出了具有远程布置的泵浦光源的基于激光的点火系统的实施方式， 图4示出了具有集成到激光火花塞中的泵浦光源的激光点火设备的实施方式， 图5a至5d示出了具有用于将泵浦辐射耦合输入到激光设备中的光导设备的激光点火设备的其它实施方式， 图6a示出了泵浦光源的另一实施方式， 图6b示意性地示出了通过根据图6a的泵浦光源给激光设备施加泵浦光， 图6c示出了根据本专利技术的泵浦光源的另一实施方式， 图7a示意性地示出了另一实施方式的侧视图，以及 图7b示意性地示出了根据图7a的实施方式的俯视图。具体实施例方式在图1中，内燃机总体上携带附图标记10。内燃机用于驱动未示出的机动车辆或者在静止运行中发电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.14 DE 102010042453.61.用于内燃机(10)的激光点火设备(27)，该激光点火设备(27)具有拥有激光活性固体(44)和优选无源的品质因数电路(46)的激光设备(26)以及具有用于对激光设备(26)进行光学泵浦的泵浦光源(30; 130)，其特征在于，泵浦光源(30; 130)具有多个(32; 132)表面发射半导体激光器(32a，32b,...)。2.根据权利要求1所述的激光点火设备(27)，其特征在于，设置有光导设备(120，120a, 120b,...)，通过所述光导设备(120，120a, 120b,...)能够将由泵浦光源(130)生成的泵浦辐射(60)入射到激光设备(26)中。3.根据权利要求2所述的激光点火设备(27)，其特征在于，光导设备(120，120a, 120b,...)基本上具有下列形状之一:锥形、棱柱、长方体、棱锥、圆柱。4.根据权利要求2至3之一所述的激光点火设备(27),其特征在于，光导设备(120，120a, 120b,...)至少部分地由玻璃和/或晶体和/或陶瓷材料构成。5.根据权利要求2至4之一所述的激光点火设备(27),其特征在于，光导设备(120，120a, 120b,...)直接地或者借助于接触介质接触泵浦光源(130)和/或激光设备(26)。6.根据前述权利要求之一所述的激光点火设备(27)，其特征在于，泵浦光源(130)具有多个在空间上彼此分开布置的表面发射半导体激光器、尤其是半导体激光器组(138a，138b, 138c)，并且由半导体激光器组(138a，138b, 138c)生成的泵浦辐射(60a, 60b, 60c)能够直接地或者通过聚焦光学器件(104a)入射到激光设备(26)中。7.根据前述权利要求之一所述的激光点火设备(27)，其特征在于，泵浦光源(130)具有多个泵浦...

【专利技术属性】
技术研发人员：R哈特克，H里德布施，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：
国别省市：