Сервис мануал модулятор телемак md-600

Сервис мануал модулятор телемак md-600 — этому посвящена статья этого сайта. Читайте также статьи по теме:

Содержание


сервис мануал модулятор телемак md 600

Техническая документация

на р/станции:

1-0В и 1-0С (блоки опорных частот)

1-0М (блок опорных частот)

2-0М (2-1М) — блок главного рпк.

3-0М1 и 3-2М1 серии 03. (прибор используется для питания приемников Р-155П, Брусника-ДА1, Брусника-Д, Р-155А.)

4-0М — выходной прибор радиоприемников Р-155, Р-678, Брусника-ДА1. Предназначен для приема однополосной телефонии, частотной телеграфии и др.

5-0М — Прибор используется в приемниках Р-155. Предназначен для приема разных видов частотной телеграфии.

9-0М. Прибор используется в приемниках Р-155 вместе с прибором 5-0М. Предназначен для обеспечения работы оконечной буквопечатающей аппаратуры.

Принципиальная схема и спецификация ферритовой приемной антенны (ФАП) от Р-140М и пульта к ней.

КАТРАН Полная техническая документация + схема

Радиоприемник Р-160П, техническое описание и инструкция по эксплуатации

РБМ-1. Техническое описание, схема и инструкция по эксплуатации

Р-105М, Р-108М, Р-109М. Техническое описание, схема и инструкция по эксплуатации

Р-105Д, Р-108Д, Р-109Д. Техническое описание, схема и инструкция по эксплуатации

РУБИН

  • Просмотров: 48695
  • Дополнение: Телевизоры Рубин 37М04, 37М04-1, 51М04, 51М04-1. Дефект заключался в зауженной кадровой: 2-3 см. Кадровая стоит TDA3653C (TDA3653, TDA3654, 1021ХА8), а запускает ее TDA8362_N5. Регулировка размера кадров работала, но больше, чем на 2 см не увеличивала. После увеличения размера появилась надпись: Нет сигнала. Импульсы запуска присутствуют, но меньше, чем должно быть. Напряжение на 42 ноге TDA8362_N5 занижено. Замена кадровой и 8362 не помогла (поздно прочитал совет N270). Пришлось тоже проверять всю обвязку кадровой и синхропроцессора. Дефект заключался в дохлом стабилитроне VD101 — КС531В1, на нем было написано В1. Он соединен в этой модели телевизора с питанием +115V через R436-15К и с 42 ногой TDA8362_N5 через R109-68K и R111-3,3M, причем между последними идет привязка к питанию кадровой +26V через R110-3,3M. Подчеркну, что TDA8362 обязательно должна быть с тем же номером: N5, иначе телевизор работать не будет.

    387.) Рубин нового образца на импортном шасси, через месяц после покупки пропало изображение. Изображение иногда появлялось. Погрешили на ускоряющую ТДКС, при прикосновении к ней изображение появлялось, при добавлении напряжения изображение устойчиво держалось. но видны линии обратного хода по всему экрану. На плате кинескопа нашли битый стабилитрон и оборванное сопротивление.

    404.) Если к Вам попал телевизор типа Рубин или другой с неисправным процессором INA84C641NS-*** а у Вас такого нет, то с небольшими переделками его можно заменить на ЭКР1568ВГ1. После того как Вы его вставите в панельку телевизор начнёт подавать признаки жизни и начнет включатся но на экране не будет служебной информации и всё из-за того что тактовая частота экранного генератора у INA84C641NC задаётся LC генератором а у ЭКР1568ВГ RC и поэтому необходимо убрать цепочку LC, а к 28 ноге процессора подцепить цепочку RC (номиналы смотрите в любой схеме с этим процессором). Величина этих элементов будет влиять на размер символов на экране. Теперь останется аккуратно, проводником подсоединить к 28 ноге ,которая поле переделки будет висеть в воздухе сигнал IDENT, чтобы Ваш телевизор мог настраиваться на программы. Вот и всё. Обратите внимание, есть ли на телевизоре кнопка STOPE или она только на пульте. Если её нет то вместо неё задействуйте кнопку удаления программ. Процессор ЭКР1568ВГ эту команду с пульта не понимает.

    409.) РУБИН 37М04. Нет кадровой развертки. Обрыв сопротивления R111 3M3 — 42-я нога TDA8362.

    440.) Рубин 51M06 Включен режим Отель: отсутствует строка меню Замок, соответственно нет доступа к настройкам каналов, не сохраняются настройки яркости, контрастности, насыщенности. Хочу уточнить процесс отключения этого режима, описанный в Сервисные меню радиоаппаратуры V8.8.В моем случае получилось так:

    Установка/снятие режима отель

    1. Войти в меню Функции(кн. Меню или синей кн. ПДУ)

    2. Установить курсор на строку НОМЕР ПРОГРАММЫ

    3. Установить с ПДУ, нажав 3 раза кнопку, отсутствие фона и курсора меню (см. Руководство по эксплуатации)

    4. Нажать и удерживать на ПДУ кн. Включения скрытого приема телетекста до появления в правом

    верхнем углу экрана надписи ОТЕЛЬ ВКЛ/ВЫКЛ

    513.) Рубин — Выключается после нескольких минут (часов, дней. )или не включается из дежурного режима. Обрыв дорожки от 1 ножки строчного трансформатора к коллектору строчного транзистора. Соединяю отрезком провода.

    588.) Рубин 54ТЦ-402И. Белый экран с линиями обратного хода. Изображения нет, яркость и контрастность не регулируются. Звук в норме. Напряжения на катодах 20-30 вольт. Первым делом проверил 220 вольт на видеоусилителях норма. Стал смотреть плату кинескопа. Транзистор VT1 КТ3107И (АББ), замыкание КЭ. После замены восстановились напряжения на синем и зеленом катодах, на красном около 50 вольт, появилось красное изображение с тянучками и линиями обратного хода. Диод VD22 КД522Б большая утечка. После замены всё пришло в норму.

    857). РУБИН 51М04. Нет звука. Неисправна ИМС TDA7056B.

    863). РУБИН 51М04. Хрипит звук. Неисправен звуковой фильтр 6,5 МГц в радиоканале.

    865). РУБИН 37М04. Не реагирует на команды с пульта. На фотоприемнике питание есть, на его выходе нет импульсов. Заменен. Хотелось бы заметить по этой неисправности с фотоприемниками (это, кстати, касается и видеомагнитофонов), что не всегда под рукой они бывают нужной марки и нужных размеров. Так вот, ставим любой подходящий по размерам, иногда бывает необходимо перепаять вывод питания и выход из-за их несовпадения, и все будет работать. Проверено.

    1059.) РУБИН 63S05T шасси МШ-S05T. Неисправность — экран не светится. Звук есть. Визуально был обнаружен подгоревший резистор в цепи ОС R717 15K 1Wt. Ширина ИОХ вдвое больше нормы. Причина — оборванный конденсатор коррекции C714 0m33 в той же цепи. Он то и вывел СР из резонанса. После замены телевизор заработал нормально.

    1064.) Рубин 63S05T Неисправность выглядит, как отсутствие высокого на втором аноде (присоске). Труба погашена, ускоряющее порядка 230 в, на катодах около 150 в) по контрольным точкам все в норме, за исключением импульса обратного хода (длительность увеличена

    почти до 20 мкс). Неисправность — обрыв конденсатора с708 в цепи первичной обмотки строчника.

    1108.) Рубин 51М06. Самопроизвольно периодически (период — пару недель) происходило изменение некоторых ячеек памяти. Перепрошивка памяти помогла не надолго. Заменить 24LC16В. При установке чистой микросхемы возникнут сложности. Прошивку проверенную прилагаю.

    1121.) Рубин БП на TDA4605. Не включается. Может через какое-то время включиться. Выходное напряжение занижено и плавает. Причина — конденсатор 100мк35в в цепи питания микросхемы.

    1246.) Рубин 55М06. Не запускается блок питания. Иногда может запуститься и работать полдня, день. Заменил полевик, заменил TDA16846, заменил все электролиты, ТПИ не заменил ввиду его отсутствия. Импульсов запуска нет, напряжения на TDA16846 соответствуют схеме. После этого стал проверять подетально — результат: установлены на заводе R807 вместо 1Мом — 820Ком, R819 вместо 3,3Ком — 1,4Ком, R820 вместо 2,7Ком — 1,2Ком. После замены резисторов телевизор нормально заработал, правда непонятно — до этого год он же работал :-

    1346.) РУБИН 51М10-2 не выходит из дежурного режима. Перепахав блок питания, Вы ничего не обнаружили, то попробуйте выпаять маленький тиристор и включить телевизор на пять секунд. Потом опять впаяйте тиристор и включите телевизор. Должно всё заработать. Было два аппарата, оба уже работают более полугода. Что происходит, сам сначала не понял. Может сбилась прошивка, а сняв тиристор, питание на управление чуть поднялось и процессор прописал память? Или, при выпаивании тиристора, он восстановился. Точно сказать не могу, но это факт. Только делать это надо если вы действительно проверили все детали блока питания.

    1355.) РУБИН М07 Нет запуска СР. Неисправность потеря емкости С700 (1,0×50В)

    381.) POLAR 5401 3701 при отсутствии приема не спешите менять тюнер, частенько слетает память, в сервисе проверьте частоту IF должно быть 38,9 а слетает на какую то странную 58. сервис — кратковременно 1 и 3 контакт замкнуть на разъеме Х-702, данной болячке так же подвержен и RUBIN M06. Для запоминания настройки —нажать кн (ТВ) на любом пульте RC-5.

    793.) RUBIN 55M10 после работы 1-2 часа картинка сдвигается в право на сантиметров 5. Открываешь крышку начинаешь искать через 10-15 минут картинка встает на место. Проблема как оказалось в сердечнике ТМС. Нагреваешь сердечник паяльником, проблема появляется, остужаешь металлическим предметом картинка встает на место. Видимо у сердечника наступает перенасыщение из-за температуры, замена деталей кроме ТМС результатов не дала. Вышел из положения установив радиатор на сердечник ТМС. Нелепо? Но жалобы не было.

    1019.) Rubin 55МО6 неисправен БП, вышли из сторя транзистор VT801 и FU802, остальные детали вроде бы нормальные. Заменил и включил ТВ, БП не запускается, через 40сек. 1,5мин, транзистор VT801 и FU802 вылетают. Не успел даже ничего и замерить. Второй раз впаял FU802. прежде чем впаять транзистор посмотрел осциллографом, запускающих импульсов нет, напряжения вроде нормальные, но все таки рискнул и впаял транзистор. Результат тот же. Стал перепроверять детали и сразу же нашел неисправную деталь, оборвано сопротивление запуска, вернее его сопротивление 3,7 мегом вместо 1 мегом. Будьте внимательны, если в БП применена м/с TDA16846, в первую очередь проверьте сопротивление запуска

    1198.) Rubin 55M06. Телевизор поступил в ремонт после грозы. Кстати антенна была выдернута, сетевая кнопка выключена, но шнур воткнут в розетку. Пробило между контактами сетевого выключателя, даже остался след в виде распылённой меди. Вылетел блок питания (TDA16846, BUZ90, CNY17-2, TL431, C547). После замены всего этого нет запуска блока питания. Причина оказалась в небольшой утечке диода VD808 (1N4148), что удалось обнаружить при повторной самой тщательной проверке всех элементов.

    1226.) Rubin 51M06. Не запускается блок питания .На выходе блока питания U=0. На затворе полевика есть импульсы запуска ,следующие через 2 сек. На 14к TDA16846 (Vss) появляются серии импульсов. Заменить TDA16846.

    1391.) РУБИН 51M06 Телевизор поступил с неисправностью, как отключение аппарата в течении непродолжительного времени (до 10 мин.). Отсечка телевизора с невозможностью дальнейшего его включения спустя часа. В тоже время мог включится сразу при нажатии на CHENAL. Телевизор уходил в STENDBAI. При анализе неисправности были проверены питающие напряжения БП и вторичных источников. Вроде бы все нормально. Было замечено, что изображение уходило сразу, а БП некоторое время работал, т.е. налицо было отключение БП посредством процессора. Последовательно проверив видеопроцессор (видеовыход, синхросигналы) был сделан вывод, что все сигналы, за исключением запускающего строчного импульса, выключались не сразу при пропадании изображения. При проверке строчной развертки был замечен плавающий в сторону увеличения импульс запуска строчной развертки на коллекторе VT700 КТ972А (по схеме BSR52). Машинально заменив транзистор на новый дефект не исчез. Далее подверглась обследованию обвязка транзистора. Заменив электролитический конденсатор С701 на новый неисправность пропала. Причина, на мой взгляд, крылась в неправильном опознавания обратной связи строчной развертки и процессора управления при плохой фильтрации импульсов конденсатором С701.

    1417.) РУБИН 51М04 Неисправность выглядит как отсутствие строчной развертки, звук есть. При выкручивании SCREEN на максимум на экране появляется узкая горизонтальная полоса длиною в 20-25см.Неисправной оказалась D802 7809 После ее замены все заработало как надо

    1493.) Rubin 37MO10. После перехода в рабочий режим через 2-3 секунды отключается в дежурный. Встал тестером для контроля на конденсатор фильтра питания видеоусилителей. Четко прослеживается процесс перехода из дежурки в рабочий. Питание возрастает до 115 в, но увеличения до 180 в за счет работы строчной развёртки нет. Телевизор однокристальный на ТДА93***,проследил цепь прохождения строчных импульсов до базы выходного транзистора BU508DF. Всё в норме. На коллекторе BU508DF размах импульсов всего несколько вольт. Транзистор звонится абсолютно как целый. После замены его телевизор заработал. Общее замечание по Рубинам. Годовую гарантию они отрабатывают, но затем все проходят через ремонт. Сплошной непропай ТПИ, ТДКС, выводы мощных транзисторов, кадровой микросхемы. Комплектация со всего мира, числом поболе, ценою подешевле. Видел трехлетний РУБИН с севшим кинескопом Thomson, на котором была наклеена бирка second grade, что в переводе звучит второй сорт.

    1617.) RUBIN 51M10T-2 нет запуска БП. После замены D802 TDA16846,VT802 BC558B,D801 CNY17-2 БП запустился. Далее TV включается, но через 2 сек. после включения переходит в дежурный режим еще через 2сек. опять включается и т.д. Оказалось в утечке транзистор на индикацию VT405 BC547B.

    1690.) Rubin 51M06. Питание на TDA16846. Неисправность: Не запускается блок питания. На выходе напряжение равно 0. Причем на затворе полевика есть импульсы запуска, — блок питания не выходит ни в рабочий ни в дежурный режим, идет раскачка напряжения. — Блок питания запускается, выдает 120 в затем питание падает и начинает раскачиваться. — После успешного запуска может нормально отработать некоторое время ,а затем отключиться и повторяется та же картина. — при нормальном включении если в течении 1 минуты перевести телевизор в рабочий режим то может длительно нормально работать, а после простоя в деж режиме не выходит из дежурки (идет попытка но заканчивается раскачкой питания) либо при простое в деж режиме самостоятельно начинает раскачиваться питание, заканчивающееся отключением в защиту. В общем к такому многоликому проявлению поломки приводит дефектный конденсатор С816 — 6800 пф, подключенный к 4 к. TDA16846. Проверка заменой. Замечания по работе блока питания. R807 1M 2%. R820 — 2К7 2%. R819 — 3К3, на заводе внесены изменения в схему 470К, 1К2, 1К5 соответственно (см схему Rubin 55M10-1). Не советую их менять на схемные .Это не срабатывает при отсутствии запуска БП. При включении блока питания напряжение вырастает до 120в затем падает до 17в деж режим. Принудительно включить рабочий режим можно закоротив к-э VT805, а дежурный режим закоротив б-э VT805. На к. VT805 при деж. режиме 11в ,при рабочем 0в. На С841 при деж. режиме 7в ,при рабочем 11в. На VD830 при деж. режиме 8.2в ,при рабочем 4.3в.

    1691.) Rubin 55M10-1 После грозы. Нет запуска блока питания. На затворе полевика нет импульсов. На 14к TDA16846 питание около 0.8 в. Причина — утечка входа питания. После замены TDA16846 нет запуска блока питания, но на затворе полевика есть импульсы. Замена оптопары CNY17-2. (подходит АОТ-127 ,только придется подрегулировать напряжение — R845). Далее ,при запуске блок питания выдает 40 в. При подаче команды на включение напряжение падает на 3 в ,затем процессор выдает команду на перевод в деж. режим ,и напряжение опять становится 40 в. Если нагрузить блок лампой 40вт ,то блок выдает положенные 16в. в дежурке. Если принудительно включить в рабочий режим ,закоротив к-э VT805, то блок выдает положенные 115 в.При подаче управляющего сигнала от процессора OFF ,на базе VT805 имеем изменение 0в — 0.2в ,а на выходе процессора как положено 0в — 3в. Заменил VT805, блок питания начал работать как положено. Дальше больше. На экране постоянно присутствует шкала регулировки звука, он на максимуме. Если подать команду блокировки звука ,то после сброса ,звук опять бежит к максимуму. На 7к TDA9381(Keyb) имеем уровень 1.2в ,который как и положено распознается процессором как команда на увеличение звука. VT405 имеет утечку Б-Э. После его замены. та же картина. Пробовал поднять уровень на входе путем уменьшения R435 до 200 ом. При этом напряжение на 7к поднялось до 2в. Процессор стал воспринимать уровень — как команду громкость -. Дальнейшее уменьшение R435 не дало положительного результата. Процессор нужно менять. Комментарии по работе блока питания Блок аналогичен Rubin 51M06. За исключением регулировки выходного напряжения. Здесь при включении блок сразу переходит в деж. режим. При подаче команды на включение блок выдает до 130 в ,а затем процессор его корректирует до 115в. При обрыве цепи Vreg 5к TDA9381, телевизор не выходит из дежурного режима.

    1714.) Rubin 55M10. Завышено напряжение с БП. (150V вместо 115) Изменился номинал резистора R844 (должно быть 130 кОм).

    1715.) Rubin 55M10. При включении телевизора на экране появляется шкала регулировки громкости с максимальным значением, путает команды с кнопок. Пробит транзистор VT405 (BC547), транзистор управляет индикатором включения ТВ.

    1755.) Rubin 55FM10-8 Телевизор не работоспособен, полевой транзистор VT801 SPP04N60S5 по всем выводам КЗ, в обрыве R805 на 4,7 ома 5 ватт и предохранитель FU802 на 1А и обязательно проверить во вторичной цепи по 115 в. диод VD817. После замены всех деталей, вместо SPP04N60S5 6N60, VD817-КД226 и ещё мне показался подозрительным строчный транзистор VT701 ST1803DHI слишком мало в нём сопротивление BU2508DF телевизор заработал.

    1758.) RUBIN 55M10-2. Гудит при включении, как сирена. Замена фотоприемника, подсаживал питание.

    1772.) Рубин 5107, чередующиеся вертикальные полосы ну прямо жалюзи из фильма 17 мгновений, которые не дают смотреть тёмные картинки. Победил коллективный разум! Высох конденсатор по питанию в блоке коррекции цвета (он там один).

    1827.) RUBIN-37MO10-2 Неисправность: самопроизвольное переключение принимаемых программ. Отброс памяти, ДУ, клавиатуры не помогло. Замена процессора TDA9381PS/N2/1I1156.

    1829.) RUBIN 55M10 Неисправность: со временем (около 50-ти минут) растр постепенно уходил в право, с левой стороны появлялась черная полоса на которой была видна тонкая синяя вертикальная полоса. Долго провозился пока не обнаружил потемнения от явного перегрева печатной платы под ТМС. Включил TV в работу и дождался появления указанного дефекта, попробовал пальцем и чуть не обжегся. Попросил у хозяйки немного ацетона и ватки провел ваткой по сердечнику ТМС и деффект исчез, через минуту появилась вновь. ЗАМЕНА ТМС и все в порядке!

    1907.) МВ 0751, он же РУБИН55М06. Проц.SAA5531PS/M5, Видеопроц.TDA8842. Неисправность: не включается. Светодиод при включении с красного загорается зеленым на 2-3с ,а потом начинает мигать красным. Т.е.строчная запускается и ТВ уходит в защиту. В кадровой сгорели R608 и D600.И еще, если обнаружите в этих моделях сгоревший сетевой предохранитель 2А, а все детали Б.П. целые, смело меняйте позистор! (очень много бракованных)

    1917.) RUBIN 37M10, завышено питание +115в, до+145в, питание собрано на TDA16846, меняем D801 CNY-17-2 (оптопара), я поставил TL111 вместо CNY-17-2, все отлично заработало.

    1927.) Rubin 51M06. Сбита настройка каналов. При настройке в ручном режиме 3 канала. 4 канал устанавливается самостоятельно аналогично 3 го, и наоборот. После замены прошивки на рабочую, все восстановилось. Просмотрел опции сервисного меню, но так и не нашел отличий. Переписал вручную байты геометрии и параметров изображения из нерабочей прошивки, чтобы не мучиться с настройкой. Как видно память инициализируется на заводе перед установкой. Поэтому новую, не прошитую память ставить не имеет смысла.

    1937.) РУБИН M04 слабый звук. Высох развязывающий конденсатор (предусилителя УНЧ внутри TDA8362) выв.51. 10/16V сопротивление цепи по переменной составляющей выросло, соответственно сильно уменьшился коэффициент усиления усилителя.

    1964.) Рубин МВ0763. Не включается, светодиод светится. Блок питания на TDA16846,CNY17-2. В дежурном выдает Uстр=12в,а д.б. около 30в. После включения Uстр доходит до 60в и все. М/cх и оптрон в порядке. Заменить VT805. У этой модели нередок дефект — нет кадровой синхронизации OSD примерно через 15мин. работы. Параллельно кадровой катушке надо повесить R=220-330 ом 1/2w.Похоже,что с прогревом ОС меняет свои параметры.

    1965.) РУБИН 55М06. Не включается. Индикатор светится. На строчной в любом режиме 115в.Не реагирует на ПДУ и кнопки панели. Питание проца +1,6в вместо +3в. оказалось, что к/з в фотоприемнике. Менять на импорт.

    1966.) РУБИН 51М06. Уходит настройка каналов через 10-15 мин.В момент ухода изображение на 2 сек. краснеет. Если вручную подстроить, не выключая, канал, то изображение появляется в красном цвете, но в PAL все О.К. Менять кварц 4,43 и VT 402

    1998.) Rubin 55FM09T-8 Все выходные напряжения в блоке питания занижены, диод на панели не светится, питание на микроконтроллере ST92195C3B1/PFP RUBIN STV V1,3 21нога-цифровая часть и ноги 25,31,39 аналоговая часть +5 в. т.е. в норме с 49 ноги управления на запуск БП нет, постоянно на 49 ноге присутствует 1,3 в. принудительно подав на 49 ногу +5 в. с другого БП, БП телевизора благополучно запускается, растр есть, OSD нет, радиоканал не работает вывод замена микроконтроллера. Кстати позвонил товарищ точно такая же беда с таким же микроконтроллером но на телевизоре VESTEL шасси 11AK30.

    2023.) РУБИН 51М04-3. Неисправность: после включения через короткое время начинает самостоятельно выключаться и включатся. Напряжение блока питания с прогревом возрастает с 115 до 150 вольт. Причина — утечка в С808 (0,1 мкФ), переходящая при прогреве в пробой. Стоит по 1 выводу микросхемы БП (регулировка напряжения).

    2090.) РУБИН 51М10 Неисправность: шумы, нет изображения. Тюнер исправен. Перешить микросхему памяти на программаторе. Сервисный режим: нажать кнопку сеть и на пульте ноль.

    2150.) Рубин 55М10-2 Неисправность: Светодиод дежурного режима моргает, идёт перезапуск БП. При нагрузке БП лампочкой 25W, БП входит в дежурный режим, но все выходные напряжения занижены. Оказался неисправен ТПИ, обмотка 13 Вольт КЗ. ТПИ элементарно перематывается, при помощи ацетона и рук.

    2154.) РУБИН МВ-0755. процессор SAA5531PS/M4. Неисправность: периодически пропадает звук (MUTE). Изображение становится малоконтрастным, временами проскакивают горизонтальные черные мелкие полосы по всей длине экрана. Виновником оказался R113 150ом в периодическом обрыве.

    2155.) РУБИН МВ 0763.процессор SAA5531. Неисправность: звук есть, изображение отсутствует, на видеоусилителях 160в, обуглены R709, D707. После замены они опять греются. Оказался неисправен С714.

    2156.) РУБИН МВ 0755. Неисправность: мигает графика OSD, сужен экран по кадрам, самопроизвольно выскакивает меню, иногда с иероглифами. При замене процессора попутно обнаружена L401, была в периодическом обрыве. После замены процессора в микросхеме памяти очень многие параметры были обнулены или испорчены, в т.ч. и геометрия. Перепрошить микросхему памяти на программаторе.

    2199.) Рубин 51М04 Неисправность: поступил в ремонт после грозы. Вышел из строя центральный процессор и видеопроцессор. После замены все заработало, но при поиске программ в автоматическом режиме не запоминаются программы. Оказался в утечке транзистор VT104 (BC548).

    2237.) РУБИН 55S06TP Неисправность: со слов владельца сначала непериодически пропадало цветное изображение, затем пропадало изображение, звук оставался. Со временем изображение перестало появляться. При выдергивании платы PIP появилось изображение с нарушенной цветопередачей. Неисправен один из диодов VD505, VD504 установлены на плате PIP.

    2249.) РУБИН 55М06Т. Неисправность: при включении ярко-белый экран с ЛОХ. На плате кинескопа выгорел R215 47ом в цепи питания видеоусилителя. Заменить TDA6107Q.

    2250.) Рубин 51М10-2. Неисправность: при выходе из дежурного режима на пару секунд появляется высокое, затем уход обратно в дежурный режим и все по новой. Проверка выявила отсутствие кадровых импульсов, все напряжения с БП и СР в норме. Память, процессор, кадровая — ОК! Причина в обрыве L102 по цепи 8v на 39 ногу TDA9381.

    2256.) RUBIN 51M09, Неисправность: телевизор не включается, светодиод дежурного режима не светится, блок питание в рабочем состоянии. С выпаянным тиристором телевизор включается, появляется растр, но не реагирует ни на пульт, ни на кнопки. Замена процессора результата не принесла. Вышел из строя кварц 4 МГц.

    2262.) Rubin 51M10-3 Неисправность: изменился размер по вертикали и горизонтали. Завышено напряжение строки (+150в). Изменился номинал резистора, идущего со +115 вольт в цепь оптрона. Был 130к, стал 200к.

    2302.) Rubin 55M10. Неисправность: блок питания выдает завышенное напряжение. В обрыве оказался резистор R844 130 кОм во вторичной цепи.

    2308.) RUBIN 37M06-2 Неисправность: включается, но нет графики, нет принимаемых программ, как будто слетела прошивка. Не спешите менять, или перепрошивать память, все дело в заниженном питании +3,3в ПЗУ, при замере оказалось +2,5в. этого оказалось достаточно, чтобы перестала работать память. Вышел из строя стабилизатор напряжения +3,3в. собранный на ВС547В VT806 по схеме, и диод VD826 по схеме, транзистор лучше ставить помощнее.

    2324.) Rubin 55M07. Блок питания на TDA16846. Неисправность: при включении блок питания запускается и отключается с периодичностью 1-2сек. При этом светодиод на передней панели моргает. Если замкнуть К-Э VT805 то телевизор работает. Проверить VT802, VT803, VD810, VD811, VD812, VD815 и их обвязку (у меня был в обрыве R826 — 47k)

    2334.) Rubin 51M04-1. Неисправность: завышено напряжение с блока питания. Неисправен С807 (1,0 мкF)

    2360.) Rubin 55M10-2 Неисправность: при включении в рабочий режим не запускается строчная развёртка, через несколько секунд ТВ переходит в дежурный, строчная развертка при этом даже не делает попыток запуска. В результате поисков выяснилось — процессор TDA9381PS/N2/1I0836 блокирован по шине обозначенной на схеме как BeamCut, тоесть на заземлении кинескопа и на н.8 ТДКС (РЕТ22-23) при включении в рабочий режим присутствует порядка 80ти вольт. Отпаял R704 — строчная запустилась. Вывод — утечка в ТДКС, заменить.

    2377.) РУБИН 55М010 Неисправность: размер по горизонтали сильно увеличен и не регулируется из сервиса. +В = 160В. Причина обрыв R842 (130кОм).

    2397.) RUBIN 55M10-2, Неисправность: практически не видно картинки, принимаемого сигнала. Очень темные контуры, хотя звук, графика — нормальные. Яркость и контрастность не регулируется. При резкой регулировки ускоряющего изображение появляется на доли секунды и опять темнеет почти до черноты. После длительной диагностики выяснилось, что отказал конденсатор С715 по схеме, номиналом в 47нф, по цепи ОТЛ, ушел в обрыв

    2430.) РУБИН 10Т-2 в телевизоре неисправен TDA9351PSN21I0855 меняется на TDA9381PSN21I1156.

    2434.) RUBIN( РУБИН) 55М06 Неисправность: Блок питания цыкает, постоянно пытается запустится, светодиод на передней панели мигает в такт запускам. Напряжение 115 вольт в момент запуска поднимается до 70 вольт. Неисправность вызывает С818 47,0х25 в блоке питания. В результате данной неисправности может слетать прошивка в микросхеме памяти 24С08. Внимательно осмотрите: ТПИ Т81, трансформатор строчной развертки Т702, силовой транзистор строчной развертки VT701 — на предмет образования кольцевых трещин в пайках этих элементов.

    2438.) Рубин 51М10. Неисправность: нет запуска строчной развертки. Увеличил сопротивление R138 с 2,4к до 10к, стоит в делителе напряжения и подключен с 33ноги TDA9381 к шине +8V.

    См секреты 1355, 1391.

    2454.) РУБИН 55М06. Неисправность: телевизор не включается из дежурного режима, при включении светодиод индикации ДР загорается с красного на зеленый на 1-2 секунды (строчная развертка кратковременно запускается, в этот момент все напряжения питания в норме, в том числе выходной ИС КР), потом мигает красным. Неисправна D600 TDA8356.

    2487.) RUBIN 55M10-1 Неисправность: нет звука по ВЧ, с АВ входа звук нормальный. Замена VT101 BC547C, хотя при проверке звонится нормально.

    2510.) Рубин 55МО4. Неисправность: нет графики. Чистое изображение без служебной информации. Всё остальное работает отлично. До меня Рубин уже был в ремонте. Мастер неисправность не устранил, меняли практически всё, память D401 24CO2 c прошивкой с рабочего ТВ, видеопроцессор, кадровуюTDA3654, не тронут был только микроконтроллер D402 INA84C641NS хотя и он был не причём. Всему виной был дроссель L401 6m8. После замены работа ТВ восстановилась.

    2512.) Rubin 51MO4-3. Неисправность: телевизор включается только в AV режим, в нормальный TV режим невозможен. Питание МП, микроконтроллера управления и памяти в норме. При попытке замены памяти, на чистую 24СО2. на экране всё тот-же AV режим. Только прошив память на программаторе, работа ТВ восстановилась.

    2573.) RUBIN-55M06. Неисправность- пробивает ТДКС (PET22-23) на феррит из района выхода высоковольтного провода. ТДКС можно заменить на 154-177В (TV GOLDSTAR), обязательно контролируя величину накала. В моём случае пришлось к исходной ёмкости 6,8nf*1600v в коллекторе строчного транзистора добавить ещё 2nf*1600v.

    2593.) РУБИН 55М0Т9Т Неисправность: через пять минут пропадает PAL, при охлаждении STV2249C, PAL появляется. Замена STV2249C не помогла решить проблему. После замены С130 (18п) на 68 (п), PAL появился, телевизор исправен.

    2627.) Рубин 55М10Т-2. Неисправность: на холодную выходит из дежурного режима раза с десятого, а то и дольше. Потом включается и уже если выключить и снова включить, работает нормально. Неисправным оказался VT700 КТ972А, хотя по схеме должен стоять BSR52.

    2628.) Рубин 55М10Т-2. Неисправность: не выходит из дежурного режима и издаёт слабые цык-цык-цык с частотой в пол-секунды. Неисправным оказался С822 100мкФХ35В в первичке БП.

    2639.) RUBIN 55M07-1. Неисправность: в блоке питания пробит силовой транзистор. Заменил его и микросхему TDA16846, включаю, не работает. В обрыве R806 1мОм, цепь запуска. Заменил также С819 22nF утечка порядка 150кОм.

    2650.) РУБИН 55М07-1 Неисправность: на экране только шумы, звука нет, графика в норме. На 2 ноге тюнера (AGC) U=0V. Причина: обрыв R146 10k от +5V к AGC.

    2666.) Rubin 63S05T. Неисправность: не включается из дежурного режима (срабатывает защита). Неисправен VD706 (BY228) и Q701 (BU2508A).

    2674.) Рубин 37М06-2 Неисправность: пульт ДУ работает только до метра. Заменили пульт, безрезультатно. Дело оказалось в грязном световоде перед фотоприемником.

    2697.) Rubin 51M04. Неисправность: нет графики OSD; при переключении каналов растр пропадает на 5-10 сек. ЛОХ вверху растра. Причина оказалась в м/с кадровой развёртки TDA3653C.

    2701.) Rubin 55M09T. Неисправность: после 3-4 часов работы телевизор самопроизвольно отключается в дежурный режим. Причина оказалась в блоке питания в диоде VD807 (1N4148) у которого при прогреве увеличивался обратный ток.

    2703.) Rubin 51M04-1. Неисправность: завышено напряжение с блока питания неисправен С807 (1,0 мкF)

    2708.) Rubin 55FM09T. Неисправность: телевизор долго включается в рабочий режим. Напряжение с БП завышено. (Вместо 115 130V ) Неисправен оптрон CNY17-2.

    2717.) Rubin 37M09T-2. Неисправность: не переключаются каналы с кнопок на панели ТВ. В режиме MENU кнопки работают. Проблема в неисправной м/с ППЗУ. При попытке её перепрошить на программаторе запись не происходит. Поменял на новую.

    2718.) RUBIN 51M10-2 Неисправность: отключается в дежурный режим через 3-5 секунд. Запуск через сервис (menu+0) дает растр с обратных ходом. Заменить VT-102. (тестером не звонится)

    2730.) RUBIN 55M06 Неисправность: после включения в сеть, телевизор пробует включиться (красный светодиод на передней панели тускло светится) и через 2-3 сек. уходит в дежурный режим, горит красный светодиод. В момент включения повышенное напряжение на строчную развертку, вместо 115V 160V, прыгает от 145 до 180. В дежурном режиме стабилизация напряжений в норме. Резисторы в цепях стабилизации соответствуют номиналам. Виновным в повышении напряжения оказался конденсатор С836 470,0х16V (потеря емкости до 22mk) по питанию 13V, напряжение для схемы стабилизации садилось из-за него через диод VD825. Далее замена кадровой м/с, после соответствующей проверки напряжений и сигналов.

    2731.) Рубин 51M10(Т). Неисправность: плавное увеличение уровня звука до номинального значения происходило через 2 -3 минуты после выхода телевизора из дежурного режима в рабочий. Микросхема УНЧ (TDA7056В) оказалась исправной. Подозревались процессор (TDA9381/PS/N2i1. ) и память (24С08). Дальнейшая проверка показала плавное уменьшение напряжения на выводе 20 процессора (примерно от 5 до 0,25 В). При достижении минимального значения уровень звука достигал номинального. После уменьшения ёмкости С111 (между выводом 20 процессора и общим проводом) до 0,1 мкФ (исходное значение 2,2 мкФ), уровень звука стал достигать номинального уровня через 7- 8 сек. с момента выхода в рабочий режим. В связи с тем, что пользователя такая работа удовлетворяла, проверка процессора, и памяти не осуществлялась.

    2755.) RUBIN 55M10-08. Неисправность: нет включения ТВ, в режиме STB индикатор светится, а при попытке включения тухнет. Состав: D101 TDA9381PS/N2/1I1156, D404 24CO8W6, D302 ILA7056B, D802 TDA16846, D600 TDA8357J, TDKS PET 22-23B. Что сразу не понравилось это слегка прикрученный кинескоп. Видно собирать RUBIN стали так быстро, что нет времени на такие мелочи! При поиске неисправности обнаружен битый VT701 ST1803DHI, но после замены выявилась еще одна неисправность: после включения ТВ изображения нет (кинескоп заперт на катодах 246в, все остальные напряжения МП, микроконтроллера норма), если чуть добавить, ускоряющего напряжения растр с обратным ходом луча виден, звуковое сопровождение программ ТВ присутствует, каналы и громкость регулируется! При легком простукивании шасси на растре проскакивает короткая вертикальная линия, обнаружен непропай L701 (один вывод просто прижат к шасси) очевидно, это и послужило выходом из строя строчного транзистора. Далее на плате кинескопа был обнаружен виновник отсутствия растра: обрыв VD201 1N4148. После замены диода работа ТВ восстановилась.

    2757.) Рубин 55M09-8 Неисправность: пришел с тем, что при запуске начинал мигать светодиод, при осмотре обнаружен расплавившийся резистор в цепи питания платы кинескопа 8.2 ома по 200в. При анализе прошитый диод. После замены аппарат запустился, но растр широкий и низкий, явный признак завышенного U БП. Последовательная замена 431, CNY 17-2, 4605 результата не дала, U по прежнему 145в. Дальнейшие замеры всех деталей выявили изменение сопротивления R823, стояло по маркировке 120ком, по схеме 130ком, с 115в на интегральный стабилитрон до 195 ком.

    2766.) RUBIN 55FS10TP Неисправность: слабый приём, со снегом и искажениями. Неисправен фильтр на 38 МГц. Замена на K2955M.

    2796.) RUBIN-55M10. Неисправность: Есть изображение, хриплый звук, увеличенный растр. Занижено +В до 100в. Утечка диода VD825(1N4148) в цепи TL431.

    2821.) РУБИН 37МО4-1 Неисправность: в картинке преобладает зелёный цвет. Проверить на обрыв R205, R207 (100к).

    2830.) Рубин 37/51/55M10 Шасси M10 Неисправность: телевизор включается, загорается ярко светодиод на передней панели, нет растра и звука, из блока питания слышны посвистывания. При замере напряжение на выходе блока питания оно завышено: вместо 115 вольт имеем 190. Визуально видно, что сгорел резистор R834 транзистор VT806, конденсатор C841 1000,0×35. Центральный процессор по питанию 3,3 вольта имеет короткое замыкание. Все эти беды произошли из-за обрыва оптопары D801 CNY17-2. Разработчик схемы не удосужился должным образом по питанию защитить сердце телевизора, центральный процессор. В результате имеем следующее: при выходе из строя оптопары происходит повышение напряжения на коллекторе VT806 более чем 35 вольт. Транзистор пробивается и вместо 3,3 вольта на процессор может поступать больше 10 вольт. Он сразу выходит из строя.

    P/S Если разработчик в самое ближайшее время не внесет в схему изменения произойдет эпидемия с печальными последствиями. Если раньше я советовал своим друзьям покупать Рубин, то сейчас такой совет давать слишком опрометчиво.

    2882.) Рубин 51М10-2 Неисправность: нет звука. Обрыв R117 (22k).

    2902.) Rubin 55FM10T. Неисправность: телевизор не включается, индикатор не горит. Со слов владельца, после грозы. На выходе блока питания нет напряжения. Неисправны: D802 (TDA16846), D801 (CNY17-2) и VS802 (MCR22-8). После замены телевизор включился в дежурный режим (индикатор горит красным ), но при переводе в рабочий режим индикатор на секунды загорается зелёным, слышен треск высокого и снова уходит в дежурный режим. Неисправен транзистор VT805 (BC547) пробой база эмиттер. После замены телевизор нормально заработал.

    2962.) RUBIN 37M09T-2. Неисправность: дежурном режиме все напряжения в норме, т.е.составляют 30 % от нормы, но при попытке включить в рабочий режим, напряжения на долю секунды поднимаются до рабочего уровня, и тут же падают до нуля, что приводит опять к дежурному режиму. При диагностике перегрузок не обнаружилось. В результате оказалось, что резистор R823 130кОм, увеличило номинал до 250кОм, естественно был заменен на более мощный резистор, чтобы избежать повторов, это уже не первый случай с этим шасси.

    2964.) РУБИН 55М06 Неисправность: после 20-25 мин. работы ТВ отключается и индикатор включения начинает моргать красным светом. Телевизор может включиться сразу или через несколько минут. Потом обратно круговорот поведения ТВ. Устранение: Замена С816 47,0х25В, С825 10,0х50В, С827 100,0х35В, С701 100,0х35В. Пропайка всех видимых микротрещин в плате. R801 был подгоревшим- заменил.

    2966.) Рубин 55М10Т-2 Неисправность: после грозы не работал блок питания из-за TDA16846 и CNY17-2. После установки этих деталей телевизор запустился, но начали самопроизвольно переключаться каналы из-за D101 типа TDA9381 PS/N2/1I1156. После замены D101 каналы переключались нормально, но громкость быстро уменьшалась до нуля. При увеличении громкости пультом она снова уменьшалась до минимума. Если нажать на громкость + на телевизоре то переключались каналы. Был в пробое VT405 типа BC548B, он стоит в цепи 7 ножки TDA9381.

    2976.) Rubin 55M06T Неисправность: не включается из дежурного режима, светодиод релаксирует красным цветом. Потеря ёмкости конденсатором С818 47,0х25В.

    2979.) Rubin 55M09-1 Неисправность: не включается из дежурного режима, светодиод зажигался зелёным цветом и сразу же менял окраску на красный и периодически мигал. На проверку оказалось завышенным питание. Причина: увеличил свой номинал R823: 130кОм (был 180кОм). После ремонта Б/П высокое отсутствовало. Оказался неисправном видеопроцессор STV2249C. Сам телевизор — ветеранский. Чуть больше года назад их продавали участникам ВОВ со скидкой за 3800р. Комплектация левая.

    2980.) Rubin 55FS07T Неисправность: не включается из дежурного режима. Питание и пайки в области строчной развёртки- ОК. Кольцевые трещины и потемнения платы в области Б/П: R808, C811, VD809. Причина крылась в пробое микросхемы кадровой развёртки TDA8351, как следствие непропаеев.

    2996.) Рубин 55FM10 Неисправность: Затемненный растр с негативным изображением. Причина: Между модулятором (выв 5) и ускоряющим электродом (выв 7) кинескопа сопротивление, изменяющееся при измерении омметром от 1 до 15 кОм. Вылечил классическим методом: разряд конденсатора 10 мкФ 315 В между электродами. Зарядил емкость при включенном телевизоре на плате кинескопа от 200В питания видоусилителя. Дефектный кинескоп LG-PHILIPS A51QDJ579X.

    3053.) RUBIN 72FDS107 Неисправность: сначала отключался с прогревом, пока совсем перестал включаться из дежурного режима. При замерах осциллографом выявили, что строчный имп. запуска строчной развертки идет с процессора, но очень маленькой амплитуды, что естественно не достаточно для запуска строки, причиной этому стало отсутствие +8в, с которого снимается усиление строчного импульса. Стали выяснять это отсутствие и нашли холодную пайку на резисторе R560, который стоит в ключе дежурного режима по включению +12в, из которого потом через 8-ми вольтовый КРЕН получается +8в. Пропаяв резистор, заодно и ключ деж. режима в виде транзистора V542 по схеме, телевизор стал включаться.

    3123.) Рубин 37МО4-1 Неисправность: блок питания не запускается. С812 100,0х35 вольт — потеря ёмкости, ESR- больше 30 ом, С807 1,0х50 вольт — обрыв, С818- разрушение корпуса. После замены этих деталей телевизор запустился, но изображение вытянуто по кадрам, обрыв R614 100 ом.

    3131.) RUBIN 55m-04. Неисправность: очень яркий экран с линиями обратного хода, очень слабо пробивается изображение. На плате кинескопа R920 (10 ом) — завышено сопротивление до 2ком, напряжение после него 30v.

    3135.) RUBIN 55FM09T-8. Неисправность: есть звук, нет изображения. Может включиться и выключиться. Думал как всегда непропай. Пришёл и увидел, что когда есть изображение, то выключается с красным растром, а когда нет изображения, то вверху еле видны ЛОХ. А когда присмотрелся на изображение, а растр растянут по горизонтали. Напряжение строчки было 130В. Потом я понял что его так долго смотрели и посадили кинескоп, а именно красный катод замыкал с нитью накала, а зеленая пушка была практически на нуле. Причиной оказался D804 TL431.

    3166.) RUBIN 55M10T1 Неисправность: пропадание изображения, OSD есть. Причина: периодический обрыв! конденсатора ОТЛ, С715 47n 250B.

    3180.) Рубин 55М10Т-2. Неисправность: не выходит из дежурного режима. При принудительном включении блока питания в рабочий режим (Закоротить К-Э VT805) появляются все напряжения, но телевизор не запускается. После замены D101 (TDA9381) телевизор заработал. Но при установке старой D101 в другой телевизор она работала, как положено. Неисправным оказался транзистор стабилизатора напряжения VT806 (BC547). На его выходе было 2,8 В.

    3183.) RUBIN 37M04 Неисправность: хрюкает звук, как при несправном усилителе, при диагностике усилителя определили, что усилитель здесь не причем, сигнал Н.Ч. звука уже на него приходит плохой формы. Оказалось, что причиной сему оказался видеопроцессор: TDA8362, с 50-той ноги снимается н.ч.звука на усилитель. Но учитывая, что проц.стоит достаточно дорого я не стал его менять, вышел из положения тем, что стал снимать звук с целой ноги проца, которая подает н.ч. звука на скарт для записи видеомагнитофона, для этого я скоммутировал C301 с C161, отсоединив предварительно 50-ю ногу процессора от схемы, так удалось поднять поломку малыми потерями.

    3186.) Рубин 63S06T Неисправность: выбит строчный транзистор (BU4508AX). Причина выхода из строя непропай C705 6800×1.6kV.

    3211.) Rubin-55M10. Неисправность: самопроизвольное отключение, может не включиться из холодного состояния, при этом светодиод ДР вообще не засвечивается. Телевизор уже был в ремонте и все болевые точки хорошо пропаяны. Больше года ентот Рубин жил самостоятельно, пока не решил- совсем не включаться. Диагноз — обрыв сетевой банки 220мкфх400в. То же самое происходит и с Ролсанами на рубиновском шасси

    3279.) Рубин 51М04-1 Неисправность: на одном телевизионном канале (1 ОРТ) наблюдались наклонные перемещающиеся полосы, при этом на другие каналы показывали хорошо. При касании кварца процессора управления наклон полос изменялся. Установка фильтрующих конденсаторов на управляющие выводы процессора не помогла. Причина оказалось в отсутствующем на плате конденсаторе С110 номиналом 2,2х50 (фильтр напряжения настройки 30 вольт). Вместо забытого на заводе конденсатора был установлен 0,1 Х 100 v. Полосы пропали, а изображение стало чётким. А заявка была по поводу пропадающего изображения и звука (трещины на местах пайки выводов ТДКС).

    3314.) Rubin 55M09T8 Неисправность: нет изображения, есть высокое, звук, процессор команды отрабатывает исправно. При добавлении ускоряющего регулятором SCREEN появляется синий экран с линиями обратного хода, и через 1-2 сек. появляется изображение, которое остается до последующего отключения. Неисправность крылась в блоке регуляторов на ТДКС. Отпилив нижний угол ТДКС со стороны регуляторов и хорошо припаяв провод ускоряющего к контактной пластине переменного резистора SCREEN, неисправность удалось устранить. Телевизор работает без нареканий уже в течение года.

    3315.) Rubin 55M10-8 Неисправность: самопроизвольно уходит в дежурный режим. Не зависит от времени работы, нагрева или охлаждения. Может проработать несколько часов а может и минуты не отработать. При замере напряжений БП выяснилось что все они в норме за исключением +115В. При запуске оно поднималось лишь до +108В. Тщательная “перетряска” блока питания не помогла. Напряжение привели в норму изменив в сервисном меню параметр EW. ТВ работает уже больше года без замечаний.

    P.S. Вход в сервисное меню: в дежурном режиме нажать кнопку “меню” (М) на передней панели телевизора и кнопку “0” на ПДУ. Для запоминания настроек необходимо нажать кнопку “TV/OK” на пульте, и удерживая ее (при этом светодиод начнет мигать) отключить ТВ от сети.

    3332.) Рубин 55М10 Неисправность: поступив в ремонт с отключением через 15 минут. Причиной был строчный транзистор на общем радиаторе. Выводы калились до синя. Удалось излечить включением в цепь базы резистора 1,3 ома подобно схемам 3УСЦТ.

    3336.) RUBIN 55FM10T, Неисправность: не включается из дежурного режима, вернее делает попытку и снова встает в деж. реж. с последующим морганием светодиода. При замерах напряжений питания в рабочем и деж. реж. все показывает норму, при попытке включения строчный импульс запуска приходит на базу VT701, но транзистор не открывается, на коллекторе как было +117в. так и остается без изменений, замена строчника, самого транзистора, ТМСа результатов не дало, в результате оказалось, что немного подсел транзистор VT700, КТ972, усиление строчного импульса он делал, но видимо не достаточно, чтобы открылся VT701, только путем замены на заведомо исправный, выявило поломку, хотя старый звонился великолепно.

    3380.) РУБИН 55М06. Неисправность: грозовой, после замены VT801(IRFBC40), TDA16846P, СNY 17-2,МСR 22-8 ТВ включился в дежурку. При переводе в работу 115В было занижено до 90В, размер по горизонтали был мал и края дышали. У VT805 (BC547C) утечка К-Э.

    3393.) РУБИН 51М04-3. Неисправность:нет красного. На ПК обрыв R905 (100К,0,5w).

    3406.) РУБИН М9. Неисправность: не ловит каналы. Заменить С143 (47,0х25) и C145 (47,0х25).

    Тема: Sony MD-плееры

    Выкладываю имеющиеся у меня пользовательские и сервисные инструкции для мини-дисковых плееров и портативных рекордеров фирм Sharp, Sony и Panasonic.

    Пароль на архив — Sharp

    Буду очень рад всем кто захочет пополнить список инструкций.

    Большинство инструкций на английском и японском языках,но в них много наглядных картинок,благодаря которым и так всё понятно.

    Тема будет переделана и все инструкции будут выложены по-модельно,с кратким описанием моделей — это для тех кому нужна инструкция только на одну модель.

    Продаю довольно редкую винтажную аналоговую драм-машину Pearl Drum-X. Состояние отличное для его возраста.

    В комплекте идет Elby Designs Midi2SDS, это миди-триггер интерфейс, который позволяет играть с клавиатуры.

    Добавлю, что все неудобства с коммутацией компенсирует совершенно бесподобный глубокий кайфовый звук. Кстати, провода отдам в комплекте.

    8-988-352-32-80

    Отправка по РФ без проблем!

    Модуляторы активатора фактора роста гепатоцитов

    Изобретение относится к биотехнологии и представляет собой антитело, которое связывается с активатором фактора роста гепатоцитов человека (HGFA). Кроме того, представлен способ лечения заболевания, ассоциированного с нарушенной регуляцией HGF/c-met-опосредуемого сигнала, использующий антитело. Изобретение может эффективно использоваться при лечении заболеваний, ассоциированных с регуляцией HGF/c-met-опосредуемого сигнала. 2 н.з. и 16 з.п. ф-лы, 23 ил. 2 табл.

    РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

    Эта заявка не является предварительной, зарегистрированной на основании раздела 1.53(b)(1) главы 37 Свода Федеральных Нормативных Актов, и притязает на приоритет на основании параграфа 119(е) раздела 35 Свода Законов США на предварительную заявку номер 60/615657, зарегистрированную 4 октября 2004 года, содержание которой полностью включено здесь посредством ссылки.

    ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

    Настоящее изобретение в целом относится к области молекулярной биологии и регуляции факторов роста. Более конкретно, изобретение касается модуляторов действия активатора фактора роста гепатоцитов и применения указанных модуляторов.

    ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    Фактор роста гепатоцитов (HGF) стимулирует пролиферацию клеток, миграцию, ангиогенез, выживание и морфогенез посредством активации рецепторной тирозинкиназы Met [описана в обзорах 8,9]. В дополнение к его важности в нормальной физиологии сигнальный путь HGF/Met вовлечен в инвазивный рост опухолей и метастазирование опухолей [8]. HGF обладает высоким сходством с сериновой протеазой плазминогеном и состоит из ?-цепи, включающей в себя N-домен и четыре Крингл-домена, и ?-цепи, гомологичной химотрипсиноподобным протеазам. Он секретируется во внеклеточный матрикс в виде неактивного одноцепочечного предшественника (pro-HGF) и для активации требует расщепления между Arg494-Val495, образуя биологически активный, связанный дисульфидными мостиками ?/?-гетеродимер [10-13]. Этот шаг опосредуют pro-HGF, преобразующие сериновые протеазы, такие как активатор фактора роста гепатоцитов (HGFA) [14]. HGFA ингибируется с помощью экспрессируемых на клеточной поверхности ингибиторов Кунитца, таких как два сплайсинговых варианта ингибитора активатора фактора роста гепатоцитов HAI-1 [16-17] и HAI-1В [15], и с помощью HAI-2 [18]. HAI-2 (известный так же как плацентарный бикунин) [19] также является сильным ингибитором фактора ХIа и калликреина плазмы [20], тогда как HAI-1В имеет низкую ингибиторную активность или вовсе таковой не имеет [15]. Поэтому биологическая доступность пула pro-HGF во внеклеточном матриксе регулируется активностью pro-HGF конвертаз, таких как HGFА и их ингибиторов.

    Так как активация pro-HGF требует расщепления конвертазой, такой как HGFА, изменение функции HGFА и/или его взаимодействия с субстратом могло бы оказаться эффективным терапевтическим подходом. В этом отношении существует ясная необходимость идентифицировать клинически значимые факторы, способные к модулированию и/или специфичному взаимодействию с HGFА. Изобретение осуществляет эту необходимость и обеспечивает другие эффекты.

    Все ссылки, цитируемые здесь, включающие патентные заявки и публикации, полностью включены посредством ссылки.

    ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    Изобретение связано со способами, композициями, наборами и изделиями для модулирования функции активатора фактора роста гепатоцитов (HGFА), таким образом модулируя физиологические эффекты действия HGFА. Модулирование функции HGFА может быть осуществлено посредством применения антител, как описано здесь.

    В изобретении предоставлены молекулы-модуляторы, пригодные к применению для модулирования функции HGFА. В одном варианте осуществления изобретения действие HGFА изменяют путем ингибирования активности HGFА (например, протеолитической активности). В общем, молекулы-модуляторы включают в себя антитело, как описано здесь. Молекулы-модуляторы способны к осуществлению модулирования или прямым образом (например, посредством связывания с HGFА и препятствования протеолитической активности HGFА), или опосредованно (например, посредством нацеливания/направления действующего агента по отношению к HGFА в ткань или клетку, где действующий агент способен препятствовать протеолитической активности HGFА). В одном варианте осуществления изобретения предоставлена молекула-антагонист, содержащая антитело, которое связывается с HGFА. В одном варианте осуществления изобретения связывание антагониста с HGFА препятствует протеолитической активности HGFА. В одном осуществлении изобретения связывание антагониста с HGFА препятствует активации HGF с помощью HGFА. В одном варианте осуществления изобретения антитело связывается с активным участком HGFА. В одном варианте осуществления изобретения антитело связывается с HGFА в месте, отличном от активного участка HGFA (например, на внешнем участке). В одном варианте осуществления изобретения связывание антитела с HGFА на участке, отличном от активного участка HGFА, ингибирует взаимодействие HGFА с молекулой его субстрата. В одном варианте осуществления изобретения связывание антитела и HGFА на участке, отличном от активного участка HGFА, ингибирует протеолитическую активность HGFА.

    В одном аспекте изобретение связано с антагонистами, которые разрушают сигнальный путь HGF/с-met. Например, изобретение связано с молекулой, которая ингибирует расщепление proHGF с помощью HGFА (например, расщепление по положению R494-V495). Молекула может проявлять ингибиторное действие любым количеством путей, включая, без ограничения, связывание с HGFА на активном участке и/или участке, отличном от активного участка (например, внешнем участке), таком, что расщепление proHGF с помощью HGFА ингибируется. Молекула может связывать HGFА в составе комплекса или нет. Молекула может проявлять ингибиторное действие. также препятствуя одной или нескольким стадиям процесса активации HGF. Например, в одном варианте осуществления изобретения молекула-антагонист согласно изобретению связывает комплекс HGFА-proHGF, так, что ингибируется расщепление proHGF. В одном варианте осуществления изобретения связывание молекулы с proHGF или HGFА (отдельно или в составе комплекса) ингибирует высвобождение HGF после расщепления под действием HGFА. В одном варианте осуществления изобретения молекула-антагонист согласно изобретению не ингибирует связывание HGF с с-met. Например, в одном варианте осуществления изобретения молекула-антагонист согласно изобретению не является антителом или его фрагментом, имея похожую ингибиторную и/или связывающую способность, как антитело, произведенное гибридомной линией клеток, помещенной под номером доступа Американской коллекции клеточных культур ATCC HB-11894 (гибридома 1А3.3.13) или HB-11895 (гибридома 5D5.11.6). В одном варианте осуществления изобретения молекула-антагонист согласно изобретению ингибирует биологические функции, связанные с активацией HGF/с-met.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим участок CDR-H1 (CDR-участок, определяющий комплементарность), содержащий последовательность с идентификационным номером последовательности SEQ ID NO: 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39 или 42. В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим участок CDR-H2, содержащий последовательность SEQ ID NO: 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34, 37, 40 или 43. В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим участок CDR-H3, содержащий последовательность SEQ ID NO: 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29, 32, 35, 38, 41 или 44. В одном варианте осуществления изобретение связано с антителом, содержащим участок CDR-H1, содержащий последовательность SEQ ID NO: 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39 или 42, и участок CDR-H2, содержащий последовательность SEQ ID NO: 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34, 37, 40 или 43. В одном варианте осуществления изобретение связано с антителом, содержащим участок CDR-H1, содержащий последовательность SEQ ID NO: 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39 или 42, и участок CDR-H3, содержащий последовательность SEQ ID NO: 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29, 32, 35, 38, 41 или 44. В одном варианте осуществления изобретение связано с антителом, содержащим участок CDR-H2, содержащий последовательность SEQ ID NO: 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34, 37, 40 или 43, и участок CDR-H3, содержащий последовательность SEQ ID NO: 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29, 32, 35, 38, 41 или 44. В одном варианте осуществления изобретение связано с антителом, содержащим участок CDR-H1, содержащий последовательность SEQ ID NO: 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39 или 42, участок CDR-H2, содержащий последовательность SEQ ID NO: 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34, 37, 40 или 43, и участок CDR-H3, содержащий последовательность SEQ ID NO: 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29, 32, 35, 38, 41 или 44.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим по меньшей мере одну, по меньшей мере две или все три последовательности из следующих:

    (i) последовательность CDR-H1, содержащую последовательность SEQ ID NO: 3;

    (ii) последовательность CDR-H2, содержащую последовательность SEQ ID NO: 4;

    (iii) последовательность CDR-H3, содержащую последовательность SEQ ID NO: 5.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим по меньшей мере одну, по меньшей мере две или все три из следующих последовательностей:

    (i) последовательность CDR-H1, содержащую последовательность SEQ ID NO: 6;

    (ii) последовательность CDR-H2, содержащую последовательность SEQ ID NO: 7;

    (iii) последовательность CDR-H3, содержащую последовательность SEQ ID NO: 8.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим по меньшей мере одну, по меньшей мере две или все три из следующих последовательностей:

    (i) последовательность CDR-H1, содержащую последовательность SEQ ID NO: 9;

    (ii) последовательность CDR-H2, содержащую последовательность SEQ ID NO: 10;

    (iii) последовательность CDR-H3, содержащую последовательность SEQ ID NO: 11.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим по меньшей мере одну, по меньшей мере две или все три из следующих последовательностей:

    (i) последовательность CDR-H1, содержащую последовательность SEQ ID NO: 12;

    (ii) последовательность CDR-H2, содержащую последовательность SEQ ID NO: 13;

    (iii) последовательность CDR-H3, содержащую последовательность SEQ ID NO: 14.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим по меньшей мере одну, по меньшей мере две или все три из следующих последовательностей:

    (i) последовательность CDR-H1, содержащую последовательность SEQ ID NO: 15;

    (ii) последовательность CDR-H2, содержащую последовательность SEQ ID NO: 16;

    (iii) последовательность CDR-H3, содержащую последовательность SEQ ID NO: 17.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим по меньшей мере одну, по меньшей мере две или все три из следующих последовательностей:

    (i) последовательность CDR-H1, содержащую последовательность SEQ ID NO: 18;

    (ii) последовательность CDR-H2, содержащую последовательность SEQ ID NO: 19;

    (iii) последовательность CDR-H3, содержащую последовательность SEQ ID NO: 20.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим по меньшей мере одну, по меньшей мере две или все три из следующих последовательностей:

    (i) последовательность CDR-H1, содержащую последовательность SEQ ID NO: 21;

    (ii) последовательность CDR-H2, содержащую последовательность SEQ ID NO: 22;

    (iii) последовательность CDR-H3, содержащую последовательность SEQ ID NO: 23.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим по меньшей мере одну, по меньшей мере две или все три из следующих последовательностей:

    (i) последовательность CDR-H1, содержащую последовательность SEQ ID NO: 24;

    (ii) последовательность CDR-H2, содержащую последовательность SEQ ID NO: 25;

    (iii) последовательность CDR-H3, содержащую последовательность SEQ ID NO: 26.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим по меньшей мере одну, по меньшей мере две или все три из следующих последовательностей:

    (i) последовательность CDR-H1, содержащую последовательность SEQ ID NO: 27;

    (ii) последовательность CDR-H2, содержащую последовательность SEQ ID NO: 28;

    (iii) последовательность CDR-H3, содержащую последовательность SEQ ID NO: 29.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим по меньшей мере одну, по меньшей мере две или все три из следующих последовательностей:

    (i) последовательность CDR-H1, содержащую последовательность SEQ ID NO: 30;

    (ii) последовательность CDR-H2, содержащую последовательность SEQ ID NO: 31;

    (iii) последовательность CDR-H3, содержащую последовательность SEQ ID NO: 32.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим по меньшей мере одну, по меньшей мере две или все три из следующих последовательностей:

    (i) последовательность CDR-H1, содержащую последовательность SEQ ID NO: 33;

    (ii) последовательность CDR-H2, содержащую последовательность SEQ ID NO: 34;

    (iii) последовательность CDR-H3, содержащую последовательность SEQ ID NO: 35.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим по меньшей мере одну, по меньшей мере две или все три из следующих последовательностей:

    (i) последовательность CDR-H1, содержащую последовательность SEQ ID NO: 36;

    (ii) последовательность CDR-H2, содержащую последовательность SEQ ID NO: 37;

    (iii) последовательность CDR-H3, содержащую последовательность SEQ ID NO: 38.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим по меньшей мере одну, по меньшей мере две или все три из следующих последовательностей:

    (i) последовательность CDR-H1, содержащую последовательность SEQ ID NO: 39;

    (ii) последовательность CDR-H2, содержащую последовательность SEQ ID NO: 40;

    (iii) последовательность CDR-H3, содержащую последовательность SEQ ID NO: 41.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, содержащим по меньшей мере одну, по меньшей мере две или все три из следующих последовательностей:

    (i) последовательность CDR-H1, содержащую последовательность SEQ ID NO: 42;

    (ii) последовательность CDR-H2, содержащую последовательность SEQ ID NO: 43;

    (iii) последовательность CDR-H3, содержащую последовательность SEQ ID NO: 44.

    Аминокислотные последовательности SEQ ID NO: 3-44 пронумерованы в соответствии с отдельными CDR (то есть Н1, Н2 или Н3), как указано на фиг.1, нумерацией, согласующейся с системой нумерации Kabat, как описано ниже.

    В одном варианте осуществления изобретения антитело согласно изобретению содержит CDR-последовательность(и) вариабельного домена тяжелой цепи, содержащую по меньшей мере одну, по меньшей мере две или все три последовательности из Н1 (SEQ ID NO: 71-84), Н2 (SEQ ID NO: 85-98) и/или Н3 (SEQ ID NO: 99-112) последовательностей для каждого клона, показанного на фиг. 1B, 1C и 1D.

    В одном аспекте изобретение связано с антителами, содержащими CDR-последовательности тяжелой цепи, как показано на фиг. 1А,В,С и D. В некоторых вариантах осуществления изобретения эти антитела дополнительно содержат вариабельный домен легкой цепи гуманизированного антитела 4D5 (huMAb4D5-8) (торговое название HERCEPTIN®, Genentech, Inc. South San Francisco, CA, USA) (также упоминаемого в патенте США № 6407213 и статье Lee et al. J.Mol.Biol. (2004), 340(5):1073-93), как показано в SEQ ID NO:45, ниже.

    В одном варианте осуществления изобретения последовательность вариабельного домена легкой цепи антитела huMAb4D5-8 изменена в одном или нескольких положениях 30, 66 и 91 (Asn, Arg и His соответственно, как указано полужирным шрифтом/курсивом выше). В одном варианте осуществления изобретения измененная последовательность huMAb4D5-8 содержит Ser в положении 30, Gly в положении 66 и/или Ser в положении 91. Соответственно в одном варианте осуществления изобретения антитело согласно изобретению содержит вариабельный домен легкой цепи, содержащий последовательность, приведенную в SEQ ID NO:54, ниже.

    (CDR-остатки подчеркнуты)

    Замещенные остатки относительно huMAb4D5-8 указаны выше полужирным шрифтом/курсивом.

    Антитела согласно изобретению могут дополнительно содержать любые подходящие последовательности каркасного участка и/или вариабельного домена легкой цепи при условии, что сохраняется способность связывать HGFА. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения антитела дополнительно содержат консенсусную последовательность каркасного участка подгруппы III тяжелой цепи человека. В одном варианте этих антител консенсусная последовательность каркасного участка содержит замены в положениях 71, 73 и/или 78. В некоторых вариантах этих антител в положении 71 находится А, в 73 находится Т и/или 78 является А. В одном варианте осуществления изобретения эти антитела содержат последовательности каркасного участка вариабельного домена тяжелой цепи гуманизированного антитела 4D5 (huMAb4D5-8) (HERCEPTIN®, Genentech, Inc. South San Francisco, CA, USA) (также упоминаемого в патенте США № 6407213 и статье Lee et al. J.Mol.Biol. (2004), 340(5):1073-93). В одном варианте осуществления изобретения гуманизированное 4D5-8-антитело является таким, как описано в патенте США № 6407213. В одном варианте осуществления изобретения эти антитела дополнительно содержат последовательность каркасного участка легкой цепи ?I человека. В одном варианте осуществления изобретения эти антитела содержат последовательности вариабельного домена легкой цепи гуманизированного антитела 4D5 (huMAb4D5-8) (SEQ ID NO:45) (HERCEPTIN®, Genentech, Inc. South San Francisco, CA, USA) (также упоминаемого в патенте США № 6407213 и статье Lee et al. J.Mol.Biol. (2004), 340(5):1073-93), или измененный вариант его, как показано в SEQ ID NO: 54.

    В одном варианте осуществления изобретения антитело согласно изобретению содержит вариабельный домен тяжелой цепи, где последовательность каркасного участка (FR) содержит последовательности SEQ ID NO: 46, 47, 48 и 49 (FR1, 2, 3 и 4, соответственно) и CDR Н1, Н2 и Н3 последовательности, как показано на фиг.1А, B, C и/или D. В одном варианте осуществления изобретения антитело согласно изобретению содержит вариабельный домен легкой цепи, где последовательность каркасного участка содержит последовательность SEQ ID NO:50, 51, 52 и 53 (FR1, 2, 3 и 4, соответственно) и CDR L1, L2 и L3 последовательности, как показано в SEQ ID NO:54.

    В одном варианте осуществления изобретения антитело согласно изобретению содержит вариабельный домен тяжелой цепи, где последовательность каркасного участка содержит последовательность SEQ ID NO: 59, 60, 61 и 62 (FR1, 2, 3 и 4 соответственно) (Фиг. 1E) и CDR Н1, Н2 и Н3, как показано на фиг.1. В одном варианте осуществления изобретения антитело согласно изобретению содержит вариабельный домен легкой цепи, где последовательность каркасного участка содержит последовательность SEQ ID NO: 55, 56, 57 и 58 (FR1, 2, 3 и 4 соответственно) (Фиг. 1E) и CDR L1, L2 и L3 последовательностей, как показано в SEQ ID NO:54.

    В одном варианте осуществления изобретения антитело согласно изобретению содержит вариабельный домен тяжелой цепи, где последовательность каркасного участка содержит последовательность SEQ ID NO: 67, 68, 69 и 70 (FR1, 2, 3 и 4 соответственно) (Фиг. 1F) и CDR Н1, Н2 и Н3-последовательности, как показано на Фиг. 1А, B, C и/или D. В одном варианте осуществления изобретения антитело согласно изобретению содержит вариабельный домен легкой цепи, где последовательность каркасного участка содержит последовательность SEQ ID NO: 63, 64, 65 и 66 (FR1, 2, 3 и 4 соответственно) (Фиг. 1F) и CDR L1, L2 и L3 последовательности, как показано в SEQ ID NO: 54.

    В одном аспекте изобретение связано с антителом, которое конкурирует с любым из вышеупомянутых антител за связывание с HGFА. В одном аспекте изобретение связано с антителом, которое связывает такой же эпитоп на HGFА, как любое из вышеупомянутых антител. В одном варианте осуществления изобретения антитело согласно изобретению является аффинно созревшим, гуманизированным, химерным или человеческим. В одном варианте осуществления изобретения антитело согласно изобретению является фрагментом антитела (как описано здесь) или в основном полноразмерным антителом. В одном варианте осуществления изобретения антитело согласно изобретению содержит Fc-фрагмент дикого типа или его варианты. В одном варианте осуществления изобретения антитело согласно изобретению является IgG (например, IgG1, IgG2, IgG3, IgG4), IgМ, IgЕ или IgD.

    В одном аспекте молекула-антагонист согласно изобретению связана с токсином, таким как цитотоксичный агент. Эти молекулы/вещества могут быть составлены или использованы в комбинации с аддитивными/усиливающими агентами, такими как радиация и/или химиотерапевтический агент.

    Изобретение также связано со способами и композициями, применимыми для изменения болезненных состояний, связанных с нарушенной регуляцией сигнальной оси HGF/с-met. Таким образом, в одном аспекте изобретение связано со способом модулирования активации с-met у субъекта указанным способом, предусматривающим введение субъекту молекулы-модулятора согласно изобретению, которая ингибирует расщепление proHGF под действием HGFА, на основании чего модулируется активация с-met. В одном аспекте изобретение связано со способом лечения патологического состояния, связанного с активацией с-met у субъекта, указанным способом, предусматривающим введение субъекту молекулы-модулятора согласно изобретению, которая ингибирует расщепление proHGF под действием HGFА, на основании чего ингибируется активация с-met. В одном варианте осуществления изобретения молекула-модулятор согласно изобретению является антителом, которое связывается с HGFА.

    Сигнальный путь HGF/с-met вовлечен во множество биологических и физиологический функций, например, стимуляцию клеточного роста (например, клеточную пролиферация, выживаемость клеток, миграцию клеток, клеточный морфогенез) и ангиогенез. Таким образом, в другом аспекте изобретение связано со способом ингибирования с-met-активированного клеточного роста (например, пролиферации и/или выживаемости) указанным способом, включающим в себя контактирование клетки или ткани с антагонистом согласно изобретению, посредством чего ингибируется пролиферация клеток, связанная с активацией с-met. В еще одном аспекте изобретение связано со способом ингибирования ангиогенеза, включающим в себя введение в клетку, ткань и/или организм субъекта с состоянием, связанным с аномальным ангиогенезом, антагониста согласно изобретению, посредством чего ингибируется ангиогенез.

    В одном аспекте изобретение связано с применением молекулы-модулятора согласно изобретению при получении лекарственного препарата для терапевтического и/или профилактического лечения болезни, такой как рак, опухоль, нарушение клеточной пролиферации, иммунное (такое как аутоиммунное) нарушение и/или нарушение, связанное с ангиогенезом.

    В одном аспекте изобретение связано с применением нуклеиновой кислоты согласно изобретению при получении лекарственного препарата для терапевтического и/или профилактического лечения болезни, такой как рак, опухоль, нарушение клеточной пролиферации, иммунное (такое как аутоиммунное) нарушение и/или нарушение, связанное с ангиогенезом.

    В одном аспекте изобретение связано с применением экспрессирующего вектора согласно изобретению при получении лекарственного препарата для терапевтического и/или профилактического лечения болезни, такой как рак, опухоль, нарушение клеточной пролиферации, иммунное (такое как аутоиммунное) нарушение и/или нарушение, связанное с ангиогенезом.

    В одном аспекте изобретение связано с применением клетки-хозяина согласно изобретению при получении лекарственного препарата для терапевтического и/или профилактического лечения болезни, такой как рак, опухоль, нарушение клеточной пролиферации, иммунное (такое как аутоиммунное) нарушение и/или нарушение, связанное с ангиогенезом.

    В одном аспекте изобретение связано с применением изделия согласно изобретению при получении лекарственного препарата для терапевтического и/или профилактического лечения болезни, такой как рак, опухоль, нарушение клеточной пролиферации, иммунное (такое как аутоиммунное) нарушение и/или нарушение, связанное с ангиогенезом.

    В одном аспекте изобретение связано с применением набора согласно изобретению при получении лекарственного препарата для терапевтического и/или профилактического лечения болезни, такой как рак, опухоль, нарушение клеточной пролиферации, иммунное (такое как аутоиммунное) нарушение и/или нарушение, связанное с ангиогенезом.

    В одном аспекте изобретение связано со способом ингибирования с-met-активированной клеточной пролиферации указанным способом, включающим в себя контактирование клетки или ткани с эффективным количеством молекулы-модулятора согласно изобретению, посредством чего ингибируется пролиферация клеток, связанная с активацией с-met.

    В одном аспекте изобретение связано со способом лечения патологического состояния, связанного с нарушенной регуляцией активации с-met у субъекта указанным способом, включающим в себя введение субъекту эффективного количества молекулы-модулятора согласно изобретению, посредством чего указанное состояние излечивается.

    В одном аспекте изобретение связано со способом ингибирования роста клетки, которая экспрессирует с-met или фактор роста гепатоцитов, или и то, и другое, включающим в себя приведение указанной клетки в контакт с молекулой-модулятором согласно изобретению, таким образом вызывая ингибирование роста указанной клетки. В одном варианте осуществления изобретения клетка взаимодействует с HGF, экспрессируемым другой клеткой (например, посредством паракринного механизма).

    В одном аспекте изобретение связано со способом терапевтического лечения представителя семейства млекопитающих, имеющего раковую опухоль, содержащую клетку, которая экспрессирует с-met или фактор роста гепатоцитов, или же и то, и другое, причем способ включает в себя введение указанному млекопитающему эффективного количества молекулы-модулятора согласно изобретению, таким образом эффективно излечивая указанное млекопитающее. В одном варианте осуществления изобретения клетка взаимодействует с HGF, экспрессируемым другой клеткой (например, посредством паракринного механизма).

    В одном аспекте изобретение связано со способом лечения или предотвращения нарушения клеточной пролиферации, связанного с увеличенной экспрессией или активностью HGFА, включающим в себя введение субъекту, нуждающемуся в таком лечении, эффективного количества молекулы-модулятора согласно изобретению, таким образом эффективно излечивая или предотвращая указанное нарушение клеточной пролиферации. В одном варианте осуществления изобретения указанным нарушением пролиферации является рак.

    В одном аспекте изобретение связано со способом лечения или предотвращения нарушения клеточной пролиферации, связанной с увеличенной экспрессией или активностью с-met или фактора роста гепатоцитов, или их обоих, включающим в себя введение субъекту, нуждающемся в таком лечении, эффективного количества молекулы-модулятора согласно изобретению, таким образом эффективно излечивая или предотвращая указанное нарушение клеточной пролиферации. В одном из вариантов осуществления изобретения указанным нарушением пролиферации является рак.

    В одном аспекте изобретение связано со способом ингибирования роста клетки, где рост указанной клетки, по меньшей мере частично, зависит от потенцирующего действия HGFА на рост, включающим в себя контактирование указанной клетки с эффективным количеством молекулы-модулятора согласно изобретению, таким образом ингибируя рост указанной клетки. В одном варианте осуществления изобретения клетка взаимодействует с HGF, экспрессируемым другой клеткой (например, посредством паракринного механизма).

    В одном аспекте изобретение связано со способом ингибирования роста клетки, где рост указанной клетки, по меньшей мере частично, зависит от потенцирующего действия с-met или фактора роста гепатоцитов, или их обоих на рост, включающим в себя контактирование указанной клетки с эффективным количеством молекулы-модулятора согласно изобретению, таким образом ингибируя рост указанной клетки. В одном варианте осуществления изобретения клетка взаимодействует с HGF, экспрессируемым другой клеткой (например, посредством паракринного механизма).

    В одном аспекте изобретение связано со способом терапевтического лечения опухоли у представителя семейства млекопитающих, где рост указанной опухоли, по меньшей мере частично, зависит от потенцирующего действия HGFА на рост, включающим в себя контактирование указанной клетки с эффективным количеством молекулы-модулятора согласно изобретению, таким образом эффективно излечивая указанную опухоль. В одном варианте осуществления изобретения клетка взаимодействует с HGF, экспрессируемым другой клеткой (например, посредством паракринного механизма).

    В одном аспекте изобретение связано со способом терапевтического лечения опухоли у представителя семейства млекопитающих, где рост указанной опухоли, по меньшей мере частично, зависит от потенцирующего действия с-met или фактора роста гепатоцитов, или их обоих на рост, включающим в себя контактирование указанной клетки с эффективным количеством молекулы-модулятора согласно изобретению, таким образом эффективно излечивая указанную опухоль. В одном варианте осуществления изобретения клетка взаимодействует с HGF, экспрессируемым другой клеткой (например, посредством паракринного механизма).

    Способы согласно изобретению могут быть использованы для воздействия на любое патологическое состояние, например, клеток и/или тканей, ассоциированное с нарушенной регуляцией сигнального пути HGF/с-met, например, через увеличенную активность HGF, связанную с активацией HGF под действием HGFА. В одном варианте осуществления изобретения клетка, которая является мишенью в способе согласно изобретению, представляет собой раковую клетку. Например, раковая клетка может быть выбрана из группы, состоящей из клетки рака молочной железы, клетки рака ободочной и прямой кишки, клетки рака легкого, клетки папиллярной карциномы (например, щитовидной железы), клетки рака прямой кишки, клетки рака поджелудочной железы, клетки рака яичника, клетки рака шейки матки, клетки рака центральной нервной системы, клетки остеогенной саркомы, клетки почечной саркомы, клетки гепатоцитарной карциномы, клетки рака мочевого пузыря, клетки рака предстательной железы, клетки карциномы желудка, клетки плоскоклеточной карциномы головы и шеи, клетки меланомы и лейкозной клетки. В одном варианте осуществления изобретения клетка, которая является мишенью в способе согласно изобретению, представляет собой гиперпролиферативную и/или гиперплазивную клетку. В одном варианте осуществления изобретения клетка, которая является мишенью в способе согласно изобретению, представляет собой диспластическую клетку. В еще одном варианте осуществления изобретения клетка, которая является мишенью в способе согласно изобретению, представляет собой метастатическую клетку.

    Способы согласно изобретению могут, кроме того, содержать дополнительные лечебные стадии. Например, в одном варианте осуществления изобретения способ дополнительно содержит стадию, где клетка-мишень и/или ткань-мишень (например, раковая клетка) подвергается радиационному воздействию или действию химиотерапевтического агента.

    Как описано здесь, активация HGF/с-met является важным биологическим процессом, нарушение регуляции которого приводит к многочисленным патологическим состояниям. Соответственно в одном варианте способов согласно изобретению клетка, которая является мишенью (например, раковая клетка), представляет собой клетку, в которой активация HGF/с-met усилена по сравнению с нормальной клеткой из той же ткани. В одном варианте осуществления изобретения способ согласно изобретению вызывает смерть клеток-мишеней. Например, контакт с молекулой-модулятором согласно изобретению может приводить к неспособности клетки передавать сигнал через сигнальный путь с-met, что приводит к смерти клетки.

    Нарушенная регуляция активации с-met (и, следовательно, передачи сигнала) может происходить в результате ряда изменений в клетке, включая, например, сверхэкспрессию HGF (лиганд, узнаваемый с-met), и/или HGFА, и/или увеличенную активацию HGF под действием HGFА. Соответственно в некоторых вариантах осуществления изобретения способ согласно изобретению включает в себя нацеливание на ткань, в которой один или несколько факторов из HGFА, с-met и фактора роста гепатоцитов сильнее экспрессируются и/или присутствуют в большем количестве (например, рак) по сравнению с нормальной тканью того же происхождения. Клетки, экспрессирующие HGF или с-met, могут регулироваться HGFА из ряда источников, то есть по автокринному или паракринному пути. Например, в одном варианте способов согласно изобретению клетка-мишень контактирует/связана с фактором роста гепатоцитов, активированным под действием HGFА, экспрессированного другой клеткой (например, посредством паракринного механизма). Указанная другая клетка может принадлежать к тому же или другому типу ткани. В одном варианте осуществления изобретения клетка-мишень контактирует/связана с HGF, активированным под действием HGFА, экспрессированного самой клеткой-мишенью (например, через аутокринный механизм/петлю).

    В одном из аспектов изобретение связано с композициями, содержащими одну или несколько молекул-модуляторов согласно изобретению и носитель. В одном варианте осуществления изобретения носитель является фармацевтически приемлемым.

    В одном из аспектов изобретение связано с нуклеиновыми кислотами, кодирующими молекулу-модулятор согласно изобретению. В одном варианте осуществления изобретения нуклеиновая кислота согласно изобретению кодирует молекулу-модулятор, которая является или содержит антитело или его фрагмент.

    В одном из аспектов изобретение связано с векторами, содержащими нуклеиновую кислоту согласно изобретению.

    В одном из аспектов изобретение связано с клетками-хозяевами, содержащими нуклеиновую кислоту или вектор согласно изобретению. Вектор может быть любого типа, например, рекомбинантный вектор, такой как экспрессирующий вектор. Любые из множества клеток-хозяев могут быть использованы. В одном варианте осуществления изобретения клетка-хозяин является прокариотической клеткой, например, Е.coli. В одном варианте осуществления изобретения клетка-хозяин является эукариотической клеткой, например, клеткой млекопитающего, такой как клетка яичников китайского хомячка (CHO).

    В одном из аспектов изобретение связано со способами изготовления молекулы-модулятора согласно изобретению. Например, изобретение связано со способом изготовления молекулы-модулятора, которая является или содержит антитело (или его фрагмент), включающим в себя экспрессию в подходящей клетке-хозяине рекомбинантного вектора согласно изобретению, кодирующего указанное антитело (или его фрагмент), и получение указанного антитела.

    В одном из аспектов изобретение связано с изделием, содержащим упаковку; и композицией, содержащейся в упаковке, где композиция содержит одну или несколько молекул-модуляторов согласно изобретению. В одном варианте осуществления изобретения композиция содержит нуклеиновую кислоту согласно изобретению. В одном варианте осуществления изобретения композиция, содержащая молекулу-модулятор, дополнительно содержит носитель, который в некоторых вариантах осуществления изобретения является фармацевтически приемлемым. В одном варианте осуществления изобретения изделие согласно изобретению дополнительно содержит инструкции для введения композиции (например, для молекулы-модулятора) субъекту.

    В одном аспекте изобретение содержит набор, содержащий первую упаковку, содержащую композицию, содержащую одну или несколько молекул-модуляторов согласно изобретению; и вторую упаковку, содержащую буферный раствор. В одном варианте осуществления изобретения буферный раствор является фармацевтически приемлемым. В одном варианте осуществления изобретения композиция, содержащая молекулу-модулятор, дополнительно содержит носитель, который в некоторых вариантах осуществления изобретения является фармацевтически приемлемым. В одном варианте осуществления изобретения набор дополнительно содержит инструкции по введению композиции (например, молекулы-модулятора) субъекту.

    В одном из аспектов изобретение связано со способом диагностики болезни, включающим в себя определение уровня HGFA в испытуемом образце клеток ткани посредством взаимодействия образца с антителом согласно изобретению, и в результате HGFA, связанный с антителом, указывает на присутствие и/или количество HGFA в образце. В другом аспекте изобретение связано со способом определения того, находится ли индивид под угрозой болезни, включающим в себя определение уровня HGFA в испытуемом образце клеток ткани посредством взаимодействия образца с антителом согласно изобретению, и, таким образом, определение количества HGFA, присутствующего в образце, где более высокий уровень HGFA в испытуемом образце по сравнению с контрольным образцом, содержащим нормальную ткань из клеток того же происхождения, что и испытуемый образец, является симптомом того, что индивид находится под угрозой болезни. В одном варианте способов согласно изобретению уровень HGFA определяют на основе количества полипептида HGFA, указанного при помощи количества HGFA, связанного антителом в испытуемом образце. Антитело, используемое в способе, может необязательно быть помечено для его обнаружения, прикреплено к твердофазному носителю и пр.

    В одном из аспектов изобретение связано со способом связывания антитела согласно изобретению и HGFA, присутствующего в физиологических жидкостях, например в крови.

    В еще одном аспекте изобретение направлено на способ связывания антитела согласно изобретению с клеткой, которая экспрессирует HGFA и/или отвечает на HGFA, где способ включает в себя контактирование указанной клетки с указанным антителом в условиях, которые подходят для связывания антитела и HGFA и допускают связывание между ними. В одном варианте осуществления изобретения связывание указанного антитела и HGFA на клетке ингибирует биологическую функцию HGFA. В одном варианте осуществления изобретения указанное антитело не ингибирует взаимодействие HGFA с молекулой его субстрата. В одном варианте осуществления изобретения указанное антитело связывается с молекулой HGFA на клетке и ингибирует связывание другой молекулы (такой как pro-HGF) с молекулой HGFA.

    В одном аспекте изобретение связано со способом нацеливания терапевтического агента на HGFA-ассоциированную ткань, включающим в себя введение хозяину указанного терапевтического агента в связанном с антителом согласно изобретению виде, посредством чего агент нацеливается на HGFA-ассоциированную ткань в организме хозяина. В одном варианте осуществления изобретения антитело, которое связывается с HGFA, способно специфически связываться с HGFA на клетке (или in vitro. или in vivo ), например, когда HGFA присутствует на поверхности клетки.

    КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

    Фиг.1 (А) Последовательности CDR-петель тяжелых цепей анти-HGFA-антител. Фигура отображает CDR-последовательности тяжелых цепей, Н1, Н2 и Н3. Последовательностью легкой цепи является последовательность гуманизированного 4D5-антитела (см. Lee et al. выше). Нумерация последовательностей является следующей: клон 33 (CDRН1 соответствует SEQ ID NO:3; CDRН2 соответствует SEQ ID NO:4; CDRН3 соответствует SEQ ID NO:5); клон 35 (CDRН1 соответствует SEQ ID NO:6; CDRН2 соответствует SEQ ID NO:7; CDRН3 соответствует SEQ ID NO:8); клон 37 (CDRН1 соответствует SEQ ID NO:9; CDRН2 соответствует SEQ ID NO:10; CDRН3 соответствует SEQ ID NO:11); клон 39 (CDRН1 соответствует SEQ ID NO:12; CDRН2 соответствует SEQ ID NO:13; CDRН3 соответствует SEQ ID NO:14); клон 42 (CDRН1 соответствует SEQ ID NO:15; CDRН2 соответствует SEQ ID NO:16; CDRН3 соответствует SEQ ID NO:17); клон 49 (CDRН1 соответствует SEQ ID NO:18; CDRН2 соответствует SEQ ID NO:19; CDRН3 соответствует SEQ ID NO:20); клон 58 (CDRН1 соответствует SEQ ID NO:21; CDRН2 соответствует SEQ ID NO:22; CDRН3 соответствует SEQ ID NO:23); клон 61 (CDRН1 соответствует SEQ ID NO:24; CDRН2 соответствует SEQ ID NO:25; CDRН3 соответствует SEQ ID NO:26); клон 74 (CDRН1 соответствует SEQ ID NO:27; CDRН2 соответствует SEQ ID NO:28; CDRН3 соответствует SEQ ID NO:29); клон 75 (CDRН1 соответствует SEQ ID NO:30; CDRН2 соответствует SEQ ID NO:31; CDRН3 соответствует SEQ ID NO:32); клон 86 (CDRН1 соответствует SEQ ID NO:33; CDRН2 соответствует SEQ ID NO:34; CDRН3 соответствует SEQ ID NO:35); клон 90 (CDRН1 соответствует SEQ ID NO:36; CDRН2 соответствует SEQ ID NO:37; CDRН3 соответствует SEQ ID NO:38); клон 91 (CDRН1 соответствует SEQ ID NO:39; CDRН2 соответствует SEQ ID NO:40; CDRН3 соответствует SEQ ID NO:41); клон 95 (CDRН1 соответствует SEQ ID NO:42; CDRН2 соответствует SEQ ID NO:43; CDRН3 соответствует SEQ ID NO:44). Положения аминокислот пронумерованы в соответствии с системой нумерации Kabat, как описано ниже. Значения IC50 также указаны в последней (справа) колонке.

    (В), (С) и (D) Последовательности CDR-петель тяжелых цепей анти-HGFA-антител.

    (E) и (F) Примерные последовательности каркасных участков. (E) Последовательности каркасного участка huMAb4D5-8. (F) Последовательности каркасного участка huMAb4D5-8, содержащие модификации.

    Фиг.2. Ингибирование HGFA-опосредованной активации proHGF посредством анти-HGFA-антителами. HGFA инкубировали с меченным 125 I proHGF и анти-HGFA-антителами 4 часа при 37°С. Концентрации в реакционной смеси равнялись 50 мкг/мл proHGF, 2 нМ HGFA и 0,1 мг/мл (0,67 мкМ) антител. Аликвоты анализировали с помощью ДСН-ПААГ в восстановительных условиях. Растворимый HAI-1B (sHAI-1B) использовали в качестве контроля ингибитора в конечной концентрации 1 мкМ. А. Дорожка 1: (t=0) соответствует аликвоте, отобранной в начале реакции, дорожка 2: в отсутствие ингибитора, дорожка 3: в присутствии sHAI-1B (1 мкМ), дорожка 4: клон №33, дорожка 5: №35, дорожка 6: №39, дорожка 7: №49, дорожка 8: №74, дорожка 9: №61. B. дорожка 1: №42, дорожка 2: №91, дорожка 3: 58, дорожка 4: №37, дорожка 5: №75, дорожка 6: №90, дорожка 7: №86, дорожка 8: №95.

    Фиг.3. Сильное ингибирование HGFA-опосредованного преобразования proHGF с помощью антитела №58. Три различных концентрации антитела №58 и неблокирующего антитела №49 были использованы в экспериментах по преобразованию меченного 125 I proHGF, проведенных, как описано на фиг. 1. Дорожка 1: (t=0) соответствует аликвоте, отобранной в начале реакции, дорожка 2: в отсутствие ингибитора, дорожка 3: в присутствии sHAI-1B (1 мкМ), дорожка 4: в присутствии АТ №49 с концентрацией 0,67 мкМ, дорожка 5: 0,13 мкМ АТ №49, дорожка 6: 0,03 мкМ АТ №49, дорожка 7: 0,67 мкМ АТ №58, дорожка 8: 0,13 мкМ АТ №58, дорожка 9: 0,03 мкМ АТ №58.

    Фиг.4. Концентрационнозависимое ингибирование амидолитической активности HGFA анти-HGFA-антителами 58 и 75. Различные концентрации антител инкубировали с HGFA (конечная концентрация 5 нМ) в буфере HBSA в течение 20 мин при комнатной температуре. После добавления Spectrozyme®fVIIa (конечная концентрация 200 мкМ, Км =200мкМ) линейные скорости активации субстрата измеряли на кинетическом устройстве для считывания микропланшетов. Ингибирование ферментативной активности выражено как фракционная активность (vi/vo) от неингибируемой активности.

    Фиг.5. Ингибирование амидолитической активности HGFA посредством IV-49С и низкомолекулярного связующего вещества/ингибитора. Различные концентрации ингибиторов инкубировали с HGFA (2,5 нМ для IV-49С и 5 нМ для низкомолекулярного ингибитора соответственно) в HBSA-буфере в течение 20 мин при комнатной температуре. Ингибирование активации под действием Spectrozyme®fVIIa измеряли, как описано на фиг.4. А. Ингибирование с помощью домена Кунитца ингибитора IV-49C (закрашенные круги) по сравнению со специфическим ингибитором фактора XIIa трипсиновым ингибитором из кукурузы (незакрашенные круги). B. Ингибирование с помощью низкомолекулярного ингибитора (закрашенные треугольники).

    Фиг. 6. Измерения с помощью поверхностного плазмонного резонанса связывания HGFA анти-HGFA-антителами №58 и №75. Анти-HGFA-антитела (полноразмерные IgG1) были иммобилизованы на чипах BIAcore, и результаты связывания были собраны для различных концентраций HGFA. Для изучения конкурентного связывания HGFA (70 нМ) инкубировали с различными концентрациями sHAI-1B, IV-49C или низкомолекулярного вещества, связывающего активный участок. А-D: Связывание HGFA с антителом №58 (А) в отсутствие ингибитора или в присутствии (B) sHAI-1B, (C) IV-49C и (D) низкомолекулярного вещества, связывающего активный участок. E-H: Связывание HGFA с антителом №75 (E) в отсутствие ингибитора или в присутствии (F) sHAI-1B, (G) IV-49C и (H) низкомолекулярного вещества, связывающего активный участок.

    Фиг. 7. Последовательности человеческой (верхняя строка; SEQ ID NO:1) и мышиной (нижняя строка; SEQ ID NO:2) белковых последовательностей HGFA.

    Фиг. 8. Таблица, в которой приведены данные, относящиеся к ингибированию ферментативной активности HGFA различными анти-HGFA-антителами.

    Фиг. 9. Таблица, в которой приведены данные, относящиеся к связыванию HGFA различными анти-HGFA-антителами.

    СПОСОБЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    Изобретение предоставляет способы, композиции, наборы и изделия, содержащие модуляторы действия активатора фактора роста гепатоцитов, включая способы применения таких модуляторов.

    Подробные данные этих способов, композиций, наборов и изделий предоставлены здесь.

    Общие методики.

    При практическом осуществлении настоящего изобретения будут использованы, если не указано особо, обычные методики молекулярной биологии (включая рекомбинантные технологии), микробиологии, клеточной биологии, биохимии и иммунологии, которые входят в компетенцию специалистов в данной области. Такие методики исчерпывающе описаны в литературе, например, “Molecular Cloning: A Laboratory manual”, second edition (Sambrook et al. 1989); “Oligonucleotide Synthesis” (M.J. Gait, ed. 1984); “Animal Cell Culture” (R.I. Freshney, ed. 1987); “Methods in Enzymology” (Academic Press Inc.); “Current Protocols in Molecular Biology” (F.M. Ausubel et al. eds. 1987 and periodic updates); “PCR: The Polimerase Chain Reaction”, (Mullis et al. ed. 1994), “A Practical Guide to Molecular Cloning” (Perbal Bernard V. 1988); “Phage Display: A Laboratory Manual” (Barbas et al. 2001).

    Определения

    Используемый здесь термин “активатор фактора роста гепатоцитов”, или “HGFA”, охватывает последовательности нативных полипептидов, полипетидных вариантов и фрагменты последовательностей нативных полипептидов, полипептидных вариантов (которые в дальнейшем определены здесь), которые способны к расщеплению рroHGF способом, подобным действию HGFA дикого типа. Описанными здесь полипептидами HGFA могут быть полипептиды, выделенные из ряда источников, таких как различные человеческие ткани, или из другого источника, или получены с помощью синтеза или рекомбинантных методов. Здесь термины «HGFA», «полипептид HGFA», «HGFA фермент» и «HGFA белок» также включают в себя варианты полипептида HGFA.

    «Последовательность нативных полипептидов HGFA» содержит полипептид, имеющий такую же аминокислотную последовательность, как соответствующий полипептид HGFA, полученный из природных источников (например, последовательности, показанные на фиг.7). В одном варианте осуществления изобретения последовательность нативного полипептида HGFA содержит аминокислотную последовательность SEQ ID NO:1 (см. фиг.7; верхнюю последовательность). Такие последовательности нативных полипептидов HGFA могут быть выделены из природных источников или получены синтетическими или рекомбинантными средствами. Термин «последовательность нативного полипептида HGFA» охватывает, в частности, встречающиеся в природе укороченные или секретируемые формы конкретного полипептида HGFA (например, последовательности внеклеточного домена), встречающиеся в природе вариации (например, образующиеся в результате альтернативного сплайсинга) и встречающиеся в природе аллельные варианты полипептида.

    «Вариант полипептида HGFA» или его вариации означают полипептид HGFA, в общем, активный полипептид HGFA, как определено здесь, имеющий идентичность по аминокислотной последовательности по меньшей мере около 80% с любой нативной последовательностью полипептида HGFA, как раскрыто здесь. Такие варианты полипептидов HGFA включают, например, полипептиды HGFA, где один или несколько аминокислотных остатков добавлены или удалены с N- или С-конца нативной аминокислотной последовательности. Обычно полипептидный вариант HGFA будет иметь, по меньшей мере, примерно, 80% идентичности по аминокислотной последовательности, в качестве альтернативы, по меньшей мере, примерно, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% или 99% идентичности по аминокислотной последовательности по отношению к последовательности нативной последовательности полипептида HGFA, как раскрыто здесь. Обычно варианты полипептидов HGFA имеют протяженность по меньшей мере 10 аминокислот в длину, в качестве альтернативы, по меньшей мере, примерно, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600 аминокислот в длину или больше. Необязательно варианты полипептидов HGFA будут иметь не более чем одну замену консервативной аминокислоты по сравнению с последовательностью нативного полипептида HGFA, в качестве альтернативы не более чем 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 взамен консервативных аминокислот по сравнению с последовательностью нативного полипептида HGFA.

    «Процент (%) идентичности по аминокислотной последовательности» по отношению к пептидной или полипептидной последовательности определяется как процентное соотношение аминокислотных остатков в последовательности кандидате, которые идентичны аминокислотным остаткам в конкретной пептидной или полипептидной последовательности после сравнительного анализа последовательностей и добавления промежутков, если необходимо, для достижения максимального процента идентичности последовательностей и не принимая во внимание любые консервативные замены как часть идентичности последовательностей. Сравнительный анализ с целью определения процента идентичности по аминокислотной последовательности может быть выполнен различными путями, которые входят в компетенцию специалистов в данной области, например, с использованием общедоступных компьютерных программ, таких как программы BLAST, BLAST-2, ALIGN или Megalign (DNASTAR). Специалисты в данной области могут определить подходящие параметры для проведения сравнительного анализа, включая любые алгоритмы, необходимые для достижения максимального выравнивания по всей длине сравниваемых последовательностей. Для целей данного изобретения, однако, значения процентов идентичности по аминокислотной последовательности получены с использованием компьютерной программы для сравнения последовательностей ALIGN-2, где полный источник кода для программы ALIGN-2 представлен в Таблице А ниже. Автором компьютерной программы ALIGN-2 для сравнения последовательностей являлась компания Genentech, Inc. и источник кода, приведенный в Таблице А ниже, внесен в реестр пользовательской документации в Бюро регистрации авторских прав США, Washington D.C. 20559, где он зарегистрирован под регистрационным номером авторского права США TXU510087. Программа ALIGN-2 общедоступна через компанию Genentech Inc. South San Francisco, California или может быть скомпилирована из источника кода, предоставленного на фиг.8 ниже. Программа ALIGN-2 должна быть скомпилирована для использования с операционной системой UNIX, предпочтительно, с цифровой UNIX V4.0D. Все параметры сравнения последовательностей установлены программой ALIGN-2 и не меняются.

    В случаях когда ALIGN-2 используется для сравнений аминокислотных последовательностей, % идентичности по аминокислотной последовательности данной аминокислотной последовательности А по отношению, с или против данной аминокислотной последовательности В (что может быть альтернативно перефразировано как данная аминокислотная последовательность А, которая имеет или содержит определенный % идентичности по аминокислотной последовательности по отношению, с или против данной аминокислотной последовательности В) и вычисляется следующим образом:

    X деленное на Y, умноженное на 100

    где Х представляет число аминокислотных остатков, рассчитанных как идентичные совпадения программой выравнивания ALIGN-2, в выравнивании А и В этой программой, и где Y представляет общее число аминокислотных остатков в В. Следует понимать, что когда длина аминокислотной последовательности А не равна длине аминокислотной последовательности В, % идентичности по аминокислотной последовательности А к В не будет равен % идентичности по аминокислотной последовательности В к А.

    Если особо не указано по-другому, все значения % идентичности по аминокислотной последовательности, используемые здесь, получены, как описано в непосредственно предшествующем параграфе, с использованием компьютерной программы ALIGN-2.

    Таблица А

    Здесь термин «вектор» относится к молекуле нуклеиновой кислоты, способной к переносу другой нуклеиновой кислоты, с которой он соединен. Одним типом векторов является «плазмида», которая относится к кольцевой двухцепочечной петле ДНК, в которую могут быть лигированы дополнительные фрагменты ДНК. Другим типом векторов является фаговый вектор. Еще одним типом векторов являются вирусные векторы, где дополнительные фрагменты ДНК могут быть лигированы в вирусный геном. Определенные векторы способны к автономной репликации в клетке-хозяине, в которую они встроены (например, бактериальные векторы, имеющие бактериальную точку начала репликации и эписомные векторы млекопитающих). Другие векторы (например, неэписомные векторы млекопитающих) могут быть встроены в геном клетки-хозяина после переноса в клетку-хозяина и таким образом могут реплицироваться вместе с геномом хозяина. Более того, определенные векторы способны управлять экспрессией генов, с которыми они функционально связаны. Такие векторы упоминаются здесь как «рекомбинантные экспрессирующие векторы» (или просто «рекомбинантные векторы»). В общем, экспрессирующие векторы, применимые в технологии рекомбинантных ДНК, существуют часто в виде плазмид. В настоящем описании термины «плазмида» или «вектор» могут быть использованы взаимозаменяемым образом, так как плазмида является наиболее общеиспользуемым типом вектора.

    Термины «полинуклеотид» или «нуклеиновая кислота», взаимозаменяемо используемые здесь, относятся к нуклеотидным полимерам любой длины и включают в себя ДНК и РНК. Нуклеотиды могут быть дезоксирибонуклеотидами, рибонуклеотидами, модифицированными нуклеотидами или основаниями и/или их аналогами, или любым субстратом, который может быть включен в полимер ДНК или РНК полимеразой или посредством синтетической реакции. Полинуклеотид может содержать модифицированные нуклеотиды, такие как метилированные нуклеотиды и их аналоги. При наличии модификация нуклеотидной структуры может быть осуществлена до или после сборки полимера. Последовательность нуклеотидов может быть прервана ненуклеотидным компонентом. Полинуклеотид может быть в дальнейшем модифицирован после синтеза, например, посредством присоединения метки. Другие типы модификаций включают, например, кэпирование, замещение одного или нескольких встречающихся в природе нуклеотидов аналогом, модификации внутри нуклеотидов, такие как, например, те, что имеют незаряженные связи (например, метилфосфонаты, фосфотриэфиры, фосфоамидаты, карбаматы и т.п.) и заряженные связи (например, фосфоротиоаты, фосфородитиоаты и т.п.), те, что содержат боковые части, такие как, например, белки (например, нуклеазы, токсины, антитела, сигнальные пептиды, поли-L-лизин и т.п.), те, что содержат интеркаляты (например, акридин, псорален и т.п.), те, что содержат хелатирующие агенты (например, металлы, радиоактивные металлы, бор, окислительные металлы и т.п.), те, что содержат алкилирующие агенты, те, что имеют модифицированные связи (например альфа-аномерные нуклеиновые кислоты и т.п.), так же как немодифицированные формы полинуклеотида(ов). Более того, любая гидроксильная группа, обычно присутствующая в сахаре, может быть заменена, например, фосфонатными группами, фосфатными группами, защищена стандартными защитными группами, или активирована для получения дополнительных связей с дополнительными нуклеотидами, или может быть пришита на твердую или полутвердую подложку. 5′ и 3′ концевые ОН-группы могут быть фосфорилированы или замещены амино или органическими кэпирующими частями длиной от 1 до 20 атомов углерода. Другие гидроксилы также могут образовывать производные со стандартными защитными группами. Полинуклеотиды могут также содержать аналоги сахаров рибозы и дезоксирибозы, которые в общем известны, включающие, например, 2′-О-метил-, 2′-О-аллил-, 2′-фтор- или 2′-азидорибозу, аналоги циклических сахаров, альфа-аномерные сахара, эпимерные сахара, такие как арабиноза, ксилозы или ликсозы, пиранозные сахара, фуранозные сахара, седогептулозы, ациклические аналоги и нуклеозидные аналоги, лишенные азотистых оснований, такие как метилрибозид. Одна или несколько фофодиэфирных связей могут быть заменены альтернативными связующими группами. Эти альтернативные связующие группы включают, без ограничения, варианты осуществления изобретения, где фосфат заменен на Р(О)S(«тиоат»), Р(S)S(«дитиоат»), “(О)NR2 («амидат»), Р(О)R, Р(О)ОR’, СО или СН2 («формацеталь»), в которых каждый заместитель R или R’ является независимо Н или замещенным или незамещенным алкилом (1-20 С), необязательно содержащим простую эфирную (-О-) связь, арилом, алкенилом, циклоалкилом, циклоалкенилом или аралдилом. Не все связи в полинуклеотиде должны быть одинаковыми. Предшествующее описание применимо ко всем полинуклеотидам, упоминаемым здесь, включая РНК и ДНК.

    Здесь термин «олигонуклеотид» обычно относится к коротким, обычно одноцепочечным, обычно синтетическим полинуклеотидам, которые имеют длину обычно, но не обязательно менее 200 нуклеотидов. Термины «олигонуклеотид» и «полинуклеотид» не являются взаимоисключающими. Описание, изложенное выше, для полинуклеотидов равно и полностью применимо к олигонуклеотидам.

    «Выделенное» антитело является тем, которое идентифицировано и отделено и/или очищено от компонента его природного окружения. Загрязняющие компоненты его природного окружения являются веществами, которые бы препятствовали диагностическому или терапевтическому применению антитела, и могут включать ферменты, гормоны и другие растворенные вещества белковой и небелковой природы. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения антитело будет очищено (1) на более чем 95% по весу антитела, определенную методом Лоури, и, наиболее предпочтительно, более, чем 99% по весу, (2) до степени, достаточной для получения по меньшей мере 15 остатков N-концевой или внутренней аминокислотной последовательности при использовании секвенатора с вращающимся сосудом (по Эдману), или (3) до гомогенного состояния по ДСН-ПААГ в восстановительных или невосстановительных условиях, при использовании окрашивания красителем Сoomassie Blue или, предпочтительно, серебром. Выделенное антитело включает антитело in situ внутри рекомбинантных клеток, при условии, что по меньшей мере один компонент природного окружения антитела не будет присутствовать. Обычно, однако, выделенное антитело будет получено посредством, по меньшей мере, одной стадии очистки.

    Термины «нумерация остатков вариабельного домена, как в Kabat», или «нумерация положения аминокислоты, как в Kabat», и их вариации относятся к системе нумерации, используемой для вариабельных доменов тяжелых или легких цепей при компоновке антител в Kabat et al. Sequences of Proteins of Immunological Interest, 5 th Ed. Public Health Service, National Institutes of Health, Bethesda, MD. (1991). Используя эту систему нумерации, фактическая линейная аминокислотная последовательность может содержать меньше или дополнительные аминокислоты, соответствуя укорачиванию или вставке в FR- или CDR-участок вариабельного домена. Например, вариабельный домен тяжелой цепи может включать единичную аминокислотную вставку (остаток 52а по Kabat) после остатка 52 Н2 и встроенные остатки (например, остатки 82а, 82b и 82с, и т.д. по Kabat) после 82 остатка FR-участка тяжелой цепи. Нумерация Kabat остатков может быть определена для данного антитела путем выравнивания по участкам гомологии последовательности антитела со «стандартной» нумерованной последовательностью Kabat. Если не указано особо, нумерация позиций всех аминокислот здесь находится в соответствии с системой нумерации Kabat.

    «Консенсусный каркасный участок человека» является каркасным участком, который представляет наиболее часто встречающийся аминокислотный остаток в выборке последовательностей каркасных участков VL или VH регионов иммуноглобулинов человека. Обычно выборка последовательностей VL или VH производится из подгруппы последовательностей вариабельных доменов. Обычно, подгруппа последовательностей является подгруппой, как в Kabat et al. В одном варианте осуществления изобретения для VL подгруппой является подгруппа каппа I, как в Kabat et al. В одном варианте осуществления изобретения для VН подгруппой является подгруппа III, как в Kabat et al .

    «Консенсусный каркасный участок VН подгруппы III» содержит консенсусную последовательность, полученную из аминокислотных последовательностей в подгруппе III вариабельного участка тяжелой цепи Kabat et al. В одном варианте осуществления изобретения аминокислотная последовательность консенсуса каркасного участка VН подгруппы III содержит по меньшей мере часть или все каждой из следующих последовательностей: EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAAS (SEQ ID NO:46) — H1 — WVRQAPGKGLEWV (SEQ ID NO:47) — H2 -RFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYC (SEQ ID NO:48) — H3 — WGQGTLVTVSS (SEQ ID NO:49).

    «Консенсусный каркасный участок VL подгруппы I» содержит консенсусную последовательность, полученную из аминокислотных последовательностей в подгруппе I вариабельного участка легкой каппа цепи Kabat et al. В одном варианте осуществления изобретения аминокислотная последовательность консенсуса каркасного участка VL подгруппы I содержит по меньшей мере часть или все каждой из следующих последовательностей:

    DIQMTQSPSSLSASVGDRVTITC (SEQ ID NO:50) — L1 — WYQQKPGKAPKLLIY (SEQ ID NO:51) — L2 — GVPSRFSGSGSGTDFTLTISSLQPEDFATYYC (SEQ ID NO:52) — L3 — FGQGTKVEIK (SEQ ID NO:53).

    Термин «фактор роста гепатоцитов» или «HGF», используемый здесь, относится, если особо или в контексте не указано по-другому, к любому природному или вариантному (либо встречающемуся в природе, либо синтетическому) HGF полипептиду, который способен активировать сигнальный путь HGF/с-met в условиях, позволяющих такому процессу произойти. Термин «HGF дикого типа» обычно относится к полипептиду, содержащему аминокислотную последовательность белка HGF, встречающегося в природе. Термин «последовательность HGF дикого типа» обычно относится к аминокислотной последовательности, найденной в HGF, встречающемся в природе.

    Термины «антитело» и «иммуноглобулин» используются взаимозаменяемо в самом широком смысле и включают моноклональные антитела (например, полноразмерные или целые моноклональные антитела), поликлональные антитела, поливалентные антитела, полиспецифичные антитела (например, биспецифичные антитела, пока они проявляют желаемую биологическую активность) и также могут включать определенные фрагменты антител (как описано здесь более подробно). Антитело может быть человеческим, гуманизированным и/или с созревшей аффинностью.

    «Фрагменты антител» содержат только часть целого антитела, где эта часть, предпочтительно, сохраняет, по меньшей мере одну, предпочтительно, большинство или все функции, в норме связанные с этой частью, когда она присутствует в интактном антителе. В одном варианте осуществления изобретения фрагмент антитела содержит участок связывания антигена целого антитела и таким образом сохраняет способность связывать антиген. В другом варианте осуществления изобретения фрагмент антитела, например, тот, что содержит Fc-участок, сохраняет, по меньшей мере, одну из биологических функций, в норме ассоциированных с Fc-участком, присутствующим в целом антителе, таких как связывание FcRn, регуляция полужизни антитела, функция ADCC (клеточная цитотоксичность, обусловленная антителом) и связывание комплемента. В одном варианте осуществления изобретения фрагмент антитела является моновалентным антителом, которое имеет in vivo время полужизни, практически одинаковое с целым антителом. Например, такой фрагмент антитела может содержать антигенсвязывающее плечо с последовательностью Fc-участка, способного придавать in vivo стабильность фрагменту.

    Термин “моноклональное антитело”, используемый здесь, относится к антителу, полученному из популяции в основном гомогенных антител, то есть индивидуальные антитела, содержащиеся в популяции, являются идентичными за исключением возможных естественных мутаций, которые могут присутствовать в незначительных количествах. Моноклональные антитела являются высокоспецифичными, будучи направленными против единственного антигена. Более того, в отличие от препаратов поликлональных антител, которые обычно включают различные антитела, направленные против различных антигенных детерминант (эпитопов), каждое моноклональное антитело направлено против единственной детерминанты на антигене.

    Моноклональные антитела здесь в особенности включают “химерные” антитела, в которых часть тяжелой и/или легкой цепи идентична или гомологична соответствующим последовательностям в антителах, полученных из отдельных видов или принадлежащих отдельному классу антител или подклассу, в то время как остаток цепи(ей) является идентичным или гомологичным соответствующим последовательностям в антителах, полученных из других видов или принадлежащих к другому классу антител или подклассу, так же как фрагменты этих антител, до тех пор пока они проявляют желаемую биологическую активность (патент США № 4816567; и Morrison et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81:6851-6855 (1984)).

    “Гуманизированные формы” антител других видов, кроме человека (например, мышиных), являются химерными антителами, которые содержат минимальную последовательность, происходящую из антитела другого вида, кроме человека. Главным образом, гуманизированные антитела являются человеческими иммуноглобулинами (реципиентными антителами), в которых остатки из гипервариабельного участка реципиента заменены остатками из гипервариабельного участка других видов (не человека) (донорное антитело), таких как мышь, крыса, кролик или приматы за исключением человека, имеющими желаемую специфичность, аффинность или антигенсвязывающую способность. В некоторых случаях остатки каркасного участка (FR) иммуноглобулина человека заменены соответствующими остатками другого вида (не человека). Более того, гуманизированные антитела могут содержать остатки, которые не найдены в антителе-реципиенте или в антителе-доноре. Эти изменения делаются для дальнейшего улучшения свойств антитела. В общем, гуманизированное антитело будет содержать в основном все из по меньшей мере одного или обычно двух, вариабельных доменов, в которых все или в основном все гипервариабельные петли соответствуют им же в иммуноглобулине другого вида (не человека), и все или в основном все каркасные участки представляют каркасные участки последовательности человеческого иммуноглобулина. Гуманизированное антитело, необязательно, будет также содержать по меньшей мере часть константного участка иммуноглобулина (Fc) обычно константный участок человеческого иммуноглобулина. Для дополнительной информации, см. Jones et al. Nature 321:522-525 (1986); Riechmann et al. Nature 332:323-329 (1988); и Presta, Curr. Op. Struct. Biol 2:593-596 (1992). См. также следующие обзорные статьи и ссылки, приведенные в них: Vaswani and Hamilton, Ann. Allergy, Asthma Biochem. Soc. Transactions 23:1035-1038 (1995); Hurle and Gross, Curr. Op. Biotech. 5:428-433 (1994).

    “Человеческое антитело” имеет аминокислотную последовательность, которая соответствует последовательности антитела, продуцируемого человеком и/или получаемого любым из раскрытых здесь способов получения человеческих антител. Это определение человеческого антитела специально исключает гуманизированное антитело, содержащее антигенсвязывающие остатки из других видов (не человека).

    Антитело с “созревшей аффинностью” представляет антитело с одним или несколькими изменениями в одном или нескольких его СDR-участках, которые приводят к улучшению в аффинности антитела к антигену по сравнению с исходным антителом, которое не обладает этими изменением(ями). Предпочтительные антитела с созревшей аффинностью будут иметь наномолярные или даже пикомолярные значения аффинности к антигену-мишени. Антитела с созревшей аффинностью получают известными способами. Авторы статьи Marks et al. Bio/Technology 10:779-783 (1992) описывают созревание аффинности при помощи перестановки VH и VL доменов. Случайный мутагенез остатков CDR и/или каркасного участка описан в статьях: Barbas et al. Proc. Nat. Acad. Sci, USA 91:3809-3813 (1994); Schier et al. Gene 169:147-155 (1995); Yelton et al. J. Immunol. 155:1994-2004 (1995); Jackson et al. J. Immunol. 154(7):3310-9 (1995); и Hawkins et al, J. Mol. Biol. 226:889-896 (1992).

    «Блокирующее» антитело или антитело «антагонист» это антитело, которое ингибирует или уменьшает биологическую активность антигена, с которым оно связывается. Предпочтительные блокирующие антитела или антитела-антагонисты существенно или полностью ингибируют биологическую активность антигена.

    Термин «антитело-агонист», используемый здесь, представляет собой антитело, которое имитирует по меньшей мере одну из функциональных активностей представляющего интерес антитела.

    «Нарушение» является любым состоянием, которое улучшается при лечении веществом/молекулой или способом согласно изобретению. Это включает хронические и острые нарушения или болезни, включая те патологические состояния, которые провоцируют рассматриваемое нарушение у млекопитающих. Здесь не ограничивающие примеры нарушений для лечения включают злокачественные и доброкачественные опухоли; не лейкоцитарные и лимфоидные злокачественные новообразования; нейрональные, глиальные, астроцитарные, гипоталамические и другие гландулярные, макрофагальные, эпителиальные, стромальные и бластоцитарные нарушения; воспалительные, иммунологические и другие нарушения, относящиеся к ангиогенезу.

    Термины «нарушение клеточной пролиферации» и «нарушение пролиферации» относятся к нарушениям, которые связаны с некоторой степенью аномальной клеточной пролиферации. В одном варианте осуществления изобретения нарушением клеточной пролиферации является рак.

    Термин «опухоль», используемый здесь, относится к неопластическому росту клеток и пролиферации, злокачественным либо доброкачественным и всем прераковым и раковым клеткам и тканям. Термины «рак», «раковый», «нарушение клеточной пролиферации», «нарушение пролиферации» и «опухоль» не являются взаимоисключающими, как упомянуто здесь.

    Термины «рак» и «раковый» относятся к или описывают физиологическое состояние у млекопитающих, которое обычно характеризуется нерегулируемым клеточным ростом/пролиферацией. Примеры рака включают, без ограничения, карциному, лимфому, бластому, саркому и лейкемию. Более подробные примеры таких раков включают плоскоклеточный рак, мелкоклеточный рак легкого, немелколеточный рак легкого, легочную аденокарциному, плоскоклеточную легочную карциному, рак брюшины, рак клеток печени, желудочно-кишечный рак, рак поджелудочной железы, глиобластому, рак шейки матки, рак яичников, рак печени, рак мочевого пузыря, гепатому, рак молочной железы, рак прямой кишки, рак ободочной и прямой кишки, эндометриальную или маточную карциному, карциному слюнных желез, рак почки, рак печени, рак предстательной железы, рак вульвы, рак щитовидной железы, печеночную карциному и различные виды рака головы и шеи.

    Нарушенная регуляция ангиогенеза может приводить к множеству нарушений, которые могут быть излечены посредством композиций и способов согласно изобретению. Эти нарушения включают и не-неопластические и неопластические состояния. Неоплазии включают, без ограничения, те, что описаны выше. Не-неопластические нарушения включают, без ограничения, нежелательную или аберрантную гипертрофию, артрит, ревматоидный артрит (РА), псориаз, псориатические бляшки, саркоидоз, атеросклероз, атеросклеротические бляшки, диабетические и другие пролиферативные ретинопатии, включающие ретинопатию недоношенности, фиброплазию ретролентальную, неоваскулярную глаукому, возрастную дегенерацию желтого пятна, диабетический отек желтого пятна, неоваскуляризацию роговицы, неоваскуляризацию пересаженной роговицы, отторжение пересаженной роговицы, неоваскуляризацию сетчатки/сосудистой оболочки, неоваскуляризацию радужки (рубеозис), глазное неоваскулярное заболевание, васкулярный рестеноз, артериовенозные пороки развития (AVM), менингиому, гемангиому, ангиофиброму, гиперплазии щитовидной железы (включая болезнь Грейва), трансплантацию роговицы и других тканей, хроническое воспаление, воспаление легких, острое поражение легких/ARDS (синдром острой легочной недостаточности), сепсис, первичную пульмонарную гипертензию, злокачественный легочный экссудат, церебральную эдему (например, связанную с острым инсультом/закрытым повреждением головы/травмой), синовиальное воспаление, образование паннуса при ревматоидном артрите, мышечное окостенение, гипертрофированное образование костей, остеоартрит (ОА), рефракторный асцит, поликистоз яичников, эндометриоз, болезни, связанные с движением жидкости из сосудов в интерстиций (панкреатит, синдром межфасциального пространства, ожоги, болезнь кишечника), фиброз матки, преждевременные роды, хроническое воспаление, такое как воспалительное заболевание кишечника (болезнь Крона и язвенный колит), отторжение почечного аллотрансплантата, воспалительное заболевание кишечника, нефротический синдром, нежелательный или аномальный рост тканевой массы (не раковый), гемофилический гемартроз, гипертрофические рубцы, ингибирование роста волос, синдром Ослера-Вебера, пиогенную гранулему, ретролентальную фиброплазию, склеродерму, трахому, сосудистые спайки, синовит, дерматит, преэклампсию, асциты, перикардиальный выпот (такой, который связан с перикардитом) и плевральный выпот.

    «Аутоиммунным заболеванием» здесь является не злокачественное заболевание или нарушение, проистекающее из и направленное против собственных тканей индивидуума. Аутоиммунные заболевания здесь специально исключают злокачественные или раковые заболевания или состояния, особенно исключая В-клеточную лимфому, острую лимфобластную лейкемию (ALL), хроническую лимфоцитарную лейкемию (CLL), волосатоклеточный лейкоз и хроническую миелоцитарную лейкемию. Примеры аутоиммунных заболеваний или нарушений включают, без ограничения, воспалительные ответы, такие как воспалительные заболевания кожи, включающие псориаз и дерматит (например атипичный дерматит); системную склеродерму и склероз; ответы, связанные с воспалительными заболеваниями желудка (такими как болезнь Крона и язвенный колит); респираторный синдром (включая синдром острой респираторной недостаточности; ARDS); дерматит; менингит; энцефалит; увеит; колит; гломерулонефрит; аллергические состояния, такие как экзема и астма и другие состояния, которые вовлекают инфильтрацию Т-клеток и хронические воспалительные ответы; атеросклероз; нарушение адгезии лейкоцитов; ревматоидный артрит; системная красная волчанка (SLE); сахарный диабет (например сахарный диабет первого типа или инсулинзависимый сахарный диабет); множественный склероз; синдром Рейно; аутоиммунный тиреоидит; аллергический энцефаломиелит; синдром Съергена; ювенильный диабет; и иммунные ответы, связанные с острой и отложенной гиперсенсетивностью, опосредованной цитокинами и Т-лимфоцитами, обычно присутствующие при туберкулезе, саркоидозе, полимиозите, грануломатозе и васкулите; пернициозную анемию (болезнь Аддисона); болезни, включающие диапедез лейкоцитов; воспалительное заболевание центральной нервной системы (ЦНС); синдром поражения многочисленных органов; гемолитическую анемию (включая, без ограничения, криоглобинемию или положительную анемию Кумбса); злокачественную миастению; болезни, опосредованные комплексом антиген-антитело; негломерулярную болезнь базальной мембраны; антифосфолипидный синдром; аллергический неврит; болезнь Грейва; миастенический синдром Ламберта-Итона; буллезный пемфигоид; пузырчатку; аутоиммунные полиэндокринопатии; болезнь Рейтера; синдром ригидного человека; болезнь Бекета; гигантоклеточный артериит; иммунокомплексный нефрит; IgA нефропатию; IgМ полиневропатию; идиопатическую тромбоцитопеническую пурпуру (ITP) или аутоиммунную тромбоцитопению и т.п.

    Используемый здесь термин «лечение» относится к клиническому вмешательству в попытке изменить естественную судьбу индивидуума или клетки, которые подвергаются лечению, и может быть проведен или для профилактики, или в ходе клинической патологии. Желательные эффекты лечения включают предохранение от случая или возврата болезни, облегчение симптомов, уменьшение любых прямых или непрямых последствий болезни, предотвращение метастазирования, снижение скорости развития болезни, улучшение или временное облегчение состояния болезни и ремиссию или улучшенный прогноз. В некоторых вариантах осуществления изобретения антитела согласно изобретению применяются, чтобы задержать развитие болезни или нарушения.

    Термин «эффективное количество» относится к количеству, эффективному в необходимых дозировках и за необходимый отрезок времени для достижения желаемого терапевтического или профилактического эффекта.

    «Терапевтически эффективное количество» вещества/молекулы согласно изобретению, агониста или антагониста может варьировать в соответствии с такими факторами, как состояние болезни, возраст, пол и вес индивидуума, и способности вещества/молекулы согласно изобретению, агониста или антагониста вызывать желаемый ответ в индивидууме. Терапевтически эффективное количество является также тем, в котором любые токсические или вредные эффекты вещества/молекулы согласно изобретению, агониста или антагониста перевешиваются терапевтически благотворными эффектами. Термин «профилактически эффективное количество» относится к количеству, эффективному в необходимых дозировках и за необходимый отрезок времени для достижения желаемого профилактического эффекта. Обычно, но не обязательно, так как профилактическая дозировка применяется у субъектов до или на ранней стадии заболевания, профилактически эффективное количество будет меньше, чем терапевтически эффективное количество.

    Здесь термин «цитотоксический агент» относится к веществу, которое ингибирует или предотвращает функционирование клеток и/или вызывает разрушение клеток. Термин предполагает включение радиоактивных изотопов (например, At 211. I 131. I 125. Y 90. Re 186. Re 188. Sm 153. Bi 212. P 32 и радиоактивных изотопов Lu), химиотерапевтических агентов, например метатрексата, адриамицина, винка-алкалоидов (винкристин, винбластин, этопозид), доксорубицина, мелфалана, митомицина С, хлорамбуцила, даунорубицина и других интеркалирующих агентов, ферментов и их фрагментов, такие как нуклеолитические ферменты, антибиотики и токсины, такие как низкомолекулярные токсины или ферментно-активные токсины бактериальной, грибной, растительной или животной природы, включающие их фрагменты и/или вариации, и различных противоопухолевых или противораковых средств, раскрытых ниже. Другие цитотоксичные агенты описаны ниже. Агенты, убивающие опухолевые клетки, вызывают разрушение опухолевых клеток.

    «Химиотерапевтический агент» является химическим соединением, применимым для лечения рака. Примеры химиотерапевтических агентов включают алкилирующие агенты, такие как тиотепа и CYTOXAN® циклофосфамид; алкилсульфонаты, такие так бусульфан, импросульфан и пипосульфан; азиридины, такие как бензодопа, карбокон, метуредопа и уредопа; этиленимины и метилмеламины, включающие алтретамин, триэтиленмеламин, триэтиленфосфорамид, триэтилентиофосфорамид и триметилолмеламин; ацетогенины (особенно буллатацин, буллатацинон); дельта-9-тетрагидроканнабинол (дронабинол, MARINOL®); бета-лапахон; лапахол; колхицины; бетулиновая кислота; камптотецин (включая синтетический аналог топотекан (HYCAMTIN®), CPT-11 (иринотекан, CAMPTOSAR®), ацетилкамптотецин, скополектин и 9-аминокамптотецин); бриостатин; каллистатин; СС-1065 (включая его синтетические аналоги адозелезин, карзелезин и бизелезин); подофиллотоксин; подофиллиновая кислота; тенипозид; криптофицины (в особенности, криптофицин 1 и криптофицин 8); доластатин; дуокармицин (включая синтетические аналоги KW-2189 и СВ1-ТМ1); элеутеробин; панкратистатин; саркодиктин; спонгистатин; азотистые иприты, такие как хлорамбуцил, хлорнафазин, холофосфамид, эстрамустин, ифосфамид, мехлорэтамин, гидрохлорид оксида мехлорэтамина, мелфалан, новембихин, фенестерин, преднимустин, трофосфамид, урамустин; нитрозомочевины, такие как кармустин, хлорозотоцин, фотемустин, ломустин, нимустин и ранимнустин; антибиотики, такие как энедииновые антибиотики (например, калихеамицин, особенно калихеамицин гамма 1I и калихеамицин омега I1 (см. например, Agnew, Chem Intl. Ed. Engl., 33:183-186 (1994)); динемицин, включая динемицин А; эсперамицин; так же как неокарциностатиновый хромофор и родственные хромобелковые энедииновые антибиотики хромофоры), аклациномизины, актиномицин, аутрамицин, азасерин, блеомицины, кактиномицин, карабицин, карминомицин, карцинофилин, хромомицины, дактиномицин, даунорубицин, деторубицин, 6-диазо-5-оксо-L-норлейцин, доксорубицин (включая ADRIAMYCIN®, морфолино-доксорубицин, цианоморфолино-доксорубицин, 2-пирролино-доксорубицин, доксорубицин HСl в виде липосомного препарата (DOXIL®) и деоксидоксорубицин), эпирубицин, эзорубицин, идарубицин, марселломицин, митомицины, такие как митомицин С, микофеноловая кислота, ногаламицин, оливомицины, пепломицин, потфиромицин, пуромицин, куэламицин, родорубицин, стрептонигрин, стрептозоцин, туберцидин, убенимекс, зиностатин, зорубицин; антиметаболиты, такие как метотрексат, гемцитабин (GEMZAR®), тегафур (UFTORAL®), капецитабин (XELODA®), эпотилон и 5-фторурацил (5-FU); аналоги фолиевой кислоты, такие как деноптерин, метотрексат, птероптерин, триметрексат; пуриновые аналоги, такие как флюдарабин, 6-меркаптопурин, тиамиприн, тиогуанин; пиримидиновые аналоги, такие как анцитабин, азацитидин, 6-азауридин, кармофур, цитарабин, дидеоксиуридин, доксифлуридин, эноцитабин, флоксуридин; андрогены, такие как калустерон, дромостанолон пропионат, эпитиостанол, мепитиостан, тестолактон; средства, угнетающие функции надпочечников, такие как аминоглютетимид, митотан, трилостан; компенсатор фолиевой кислоты, такой как фролиновая кислота; ацеглатон; алдофосфамид гликозид; аминолевулиновая кислота; энилурацил; амсакрин; бестрабуцил; бисантрен; эдатраксат; дефофамин; демеколцин; диазикон; элфорнитин; эллиптиниум ацетат; этоглюцид; нитрат галлия; гидроксимочевина; лентинан; лонидайнин; майтанзиноиды, такие как майтанзин и анзамицины; митогуазон; митоксантрон; мопиданмол; нитраэрин; пентостатин; фенамет; пирарубицин; лозоксантрон; 2-этилгидразид; прокарбазин; PSK® полисахаридный комплекс (компании JHS Natural Products, Eugene, OR); разоксан; ризоксин; сизофиран; спирогерманий; тенуазоновая кислота; триазикон; 2,2′,2”-трихлортриэтиламин; трихотецены (особенно Т-2 токсин, верракурин А, роридин А и ангуидин); уретан; виндезин (ELDISINE®, FILDESIN®); дакарбазин; манномустин; митобронитол; митолактол; пипоброман; гацитозин; арабинозид (“Ара-C”); тиотепа; таксоиды, например, паклитаксел (TAXOL®), паклитаксел в форме наночастиц, связанных с альбумином, (ABRAXANE®), доксетаксел (TAXOTERE®); хлорамбуцил; 6-тиогуанин; меркаптопурин; метотрексат; платиновые аналоги, такие как цисплатина и карбоплатина; винбластин (VELBAN®); платина; этопозид (VP-16); ифосфамид; митоксантрон; винкристин (ONCOVIN®); оксалиплатина; лейкововин; винорелбин (NAVELBINE®); новантрон; эдатрексат; дауномицин; аминоптерин; ибандронат; ингибитор топоизомеразы RFS2000; дифторметилорнитин (DMFO); ретиноиды, такие как ретиноевая кислота; фармацевтические приемлемые соли, кислоты или производные любого из вышеперечисленных соединений; также как сочетания двух или нескольких вышеперечисленных соединений, такие как CHOP, аббревиатура для комбинированной терапии циклофосфамидом, доксорубицином, винкристином и преднизолоном и FOLFOX, аббревиатура для схемы лечения оксалиплатиной (ELOXATIN®), совмещенной с 5-FU и лейкововином.

    Также в это определение включены антигормональные агенты, которые действуют, регулируя, уменьшая, блокируя или ингибируя эффекты гормонов, которые могут способствовать развитию рака и часто имеют форму лечения системного или общего действия. Они сами по себе могут являться гормонами. Примеры включают антиэстрогены и селективные модуляторы эстрогеновых рецепторов (SERM), включающие, например, тамоксифен (включая тамоксифен под торговым названием NOLVADEX®), ралоксифен (EVISTA®), дролоксифен, 4-гидрокситамоксифен, триоксифен, кеоксифен, LY117018, онапристон и торемифен (FARESTON®); антипрогестероны; вещества, снижающие уровень эстрогенового рецептора (ERD); антагонисты эстрогенового рецептора, такие как фулвестрант (FASLODEX®); вещества, которые действуют, подавляя или выключая функции яичников, например, агонисты гормона лютинизирующего релизинг-фактора (LHRH), такие как лейпролид ацетат (LUPRON® и ELIGARD®), гозерелин ацетат, бузерелин ацетат и триптерелин; другие антиандрогены, такие как флютамид, нилютамид и бикалютамид; ингибиторы ароматазы, которые ингибируют фермент ароматазу, которая регулирует выработку эстрогена в надпочечниках, такие как, например, 4(5)-имидазолы, аминоглютетимид, мегестрол ацетат (MEGASE®), экземестан (AROMASIN®), форместан, фадрозол, ворозол (RIVIZOR®), летрозол (FEMARA®) и анастрозол (ARIMIDEX®). В дополнение такое определение химиотерапевтических агентов включает бисфосфонаты, такие как клодронат (например, BONEFOS® или OSTAC®), этидронат (DIDROCAL®), NE-58095, золедроновая кислота/золедронат (ZOMETA®), алендронат (FOSAMAX®), памидронат (AREDIA®), тилудронат (SKELID®) или ризедронат (ACTONEL®); так же как троксацитабин (1,3-диоксолан нуклеозид цитозиновый аналог); антисмысловые олигонулеотиды, в особенности те, которые ингибируют экспрессию генов сигнальных путей, вовлеченных в аберрантную пролиферацию клеток, таких как, например, PKC-альфа, Raf, H-Ras и рецептор фактора роста эпидермиса (EGF-R); вакцины, такие как THERATOPE® вакцина и геннотерапевтические вакцины, например, ALLOVECTIN® вакцина, LEUVECTIN® вакцина и VAXID® вакцина; ингибитор топоизомеразы I (например, LURTOTECAN®); rmRH (например, ABARELIX®); лапатиниба дитозилат (низкомолекулярный ингибитор ErbB-2 и EGFR, известный также как GW572016); COX-2 ингибиторы, такие как целекоксиб (CELEBREX®); 4-(5-(4-метилфенил)-3-(трифторметил)-1Н-пиразол-1-ил)-бензолсульфонамид; и фармацевтически приемлемые соли, кислоты или производные любого из вышеперечисленных соединений.

    Термин “агент, ингибирующий рост”, когда используется здесь, относится к соединению или композиции, которое ингибирует рост клетки, чей рост зависит от активации HGF/c-met или in vitro. или in vivo. Таким образом, агентом, ингибирующим рост, может быть агент, который существенно уменьшает процентное соотношение HGF/c-met-зависимых клеток в S-фазе. Примеры агентов, ингибирующих рост, включают в себя агенты, которые блокируют развитие клеточного цикла (в фазе, отличной от S-фазы), такие как агенты, которые индуцируют арест в фазах клеточного цикла G1 и М. Классические вещества, вызывающие арест клеточного цикла в М-фазе, включают винка-алкалоиды (винкристин и винбластин), таксаны и ингибиторы топоизомеразы II, такие как доксорубицин, эпирубицин, даунорубицин, этопозид и блеомицин. Те агенты, которые вызывают арест в фазе G1, также распространяют свой эффект на арест в S-фазе, например, ДНК алкилирующие вещества, такие как тамоксифен, преднизон, дакарбазин, мехлорэтамин, цисплатина, метотрексат, 5-фтороурацил и ара-С. Дальнейшую информацию можно найти в книге The Molecular Basis of Cancer. Mendelsohn and Israel, eds. Chapter 1, entitled Cell cycle regulation, oncogenes, and antineoplastic drugs by Murakami et al. (WB Saunders: Philadelphia, 1995), особенно на стр. 13. Таксаны (паклитаксел и доцетаксел) являются противораковыми препаратами, производимыми из тиса. Доцетаксел (препарат TAXOTERE®, производства Rhone-Poulenc Rorer), производное из европейского тиса, является полусинтетическим аналогом паклитаксела (препарат TAXOL®, производства Bristol-Myers Squibb). Паклитаксел и доцетаксел способствуют сборке микротрубочек из димеров тубулина и стабилизируют микротрубочки посредством предотвращения деполимеризации, что приводит к ингибированию митоза в клетках.

    «Доксорубицин» является антрациклиновым антибиотиком. Полное химическое название доксорубицина (8S-цис)-10-[(3-амино-2,3,6-тридезокси-?-L-ликсо-гексапиранозил)окси]-7,8,9,10-тетрагидро-6,8,11-тригидрокси-8-(гидроксиацетил)-1-метокси-5,12-нафтацендион.

    Векторы, клетки-хозяева и рекомбинатные методы

    Для получения рекомбинантного антитела согласно изобретению нуклеиновую кислоту, кодирующую его, выделяют и встраивают в реплицирующийся вектор для дальнейшего клонирования (амплификации ДНК) или для экспрессии. ДНК, кодирующую антитело, легко выделить и секвенировать с использованием стандартных методик (например, посредством олигонуклеотидных проб, которые способны специфично связывать гены, кодирующие тяжелые и легкие цепи антитела). Сейчас доступно множество векторов. Выбор вектора частично зависит от клетки-хозяина, в которой он будет использован. Обычно предпочтительные клетки-хозяева являются или прокариотическими, или эукариотическими (обычно, клетками млекопитающих).

    Выработка антител в прокариотических клетках-хозяевах:

    Конструирование вектора

    Полинуклеотидные последовательности, кодирующие полипептидные составляющие антитела согласно изобретению, могут быть получены с использованием стандартных рекомбинантных методов. Желаемые полинуклеотидные последовательности могут быть выделены и секвенированы из клеток, производящих антитело, таких как гибридомы. В качестве альтернативы полинуклеотиды могут быть синтезированы с использованием нуклеотидного синтезатора или ПЦР методик. Единожды полученные последовательности, кодирующие полипептиды, встраивают в рекомбинантный вектор, способный к репликации и экспрессии гетерогенных полинуклеотидов в прокариотических хозяевах. Множество доступных и известных векторов могут быть использованы для целей настоящего изобретения. Выбор подходящего вектора будет зависеть, в основном, от размера нуклеиновых кислот, встраиваемых в вектор, и определенной клетки-хозяина, трансформируемой вектором. Каждый вектор содержит различные составляющие в зависимости от его функций (амплификация или экспрессия гетерологичного полинуклеотида, или обеих функций) и его совместимости с определенной клеткой-хозяином, в которой он находится. Компоненты вектора обычно включают, без ограничения: точку начала репликации, ген-маркер для отбора, промотор, сайт связывания рибосомы (RBS), сигнальную последовательность, вставку гетерологичной нуклеиновой кислоты и последовательность терминации транскрипции.

    В основном в организмах таких хозяев применяют плазмидные векторы, содержащие репликон и регуляторные последовательности, которые получены из видов, совместимых с клеткой-хозяином. Вектор обычно несет сайт репликации, так же как и маркерные последовательности, которые способны обеспечить фенотипический отбор в трансформированных клетках. Например, E.coli обычно трансформирована с использованием pBR322, плазмиды, полученной из вида E.coli. pBR322 содержит гены, кодирующие резистентность к ампициллину (Amp) и тетрациклину (Tet) и, таким образом, обеспечивает легкость идентификации трансформированных клеток. pBR322, ее производные или другие микробные плазмиды или бактериофаги могут также содержать или быть модифицированными, чтобы содержать промоторы, которые могут быть использованы микроорганизмом для экспрессии эндогенных белков. Примеры производных pBR322, пригодных для экспрессии определенных антител, описаны в деталях в патенте США № 5648237, авторов Carter et al.

    В дополнение фаговые векторы, содержащие репликон и регуляторные последовательности, которые совместимы с микроорганизмом-хозяином, могут быть использованы как трансформирующие векторы в этих хозяевах. Например, бактериофаг, такой как ?GEM.TM.-11, может быть применен в создании рекомбинантного вектора, который может быть использован для трансформации восприимчивых клеток-хозяев, таких как E.coli LE392.

    Экспрессирующий вектор согласно изобретению может содержать две или несколько промотор-цистронных пар, кодирующих каждый из полипептидных компонентов. Промотор представляет собой нетранслируемую регуляторную последовательность, находящуюся в 5′-области цистрона, и модулирует его экспрессию. Прокариотические промоторы обычно принадлежат к двум классам: индуцибельные и конститутивные. Индуцибельный промотор — это промотор, который инициирует увеличенный уровень транскрипции цистрона под его контролем в ответ на изменения в культуральной среде, например, присутствие или отсутствие питательного вещества или изменение температуры.

    Хорошо известно большое число промоторов, узнаваемых рядом потенциальных клеток-хозяев. Выбранный промотор может быть функционально связан с цистронной ДНК, кодирующей легкую или тяжелую цепь, посредством удаления промотора из источника ДНК с помощью расщепления ферментами рестрикции и встраивания выделенной промоторной последовательности в вектор согласно изобретению. И нативная промоторная последовательность, и множество гетерологичных промоторов могут быть применены для прямой амплификации и/или экспрессии целевых генов. В некоторых вариантах осуществления изобретения используются гетерологичные промоторы, так как они в общем позволяют более высокий уровень транскрипции и более высокие выходы экспрессированного целевого гена по сравнению с нативными промоторами целевых полипептидов.

    Промоторы, подходящие для применения с прокариотическими хозяевами, включают PhoA-промотор, ?-галактамазную и лактозную промоторные системы, триптофановую (trp) промоторную систему и гибридные промоторы, такие как tac- или trc-промоторы. Однако другие промоторы, которые функционируют в бактериях (такие как другие известные бактериальные или фаговые промоторы), также являются подходящими. Их нуклеотидные последовательности опубликованы, таким образом давая возможность опытному специалисту функционально лигировать их с цистронами, кодирующими целевые легкие и тяжелые цепи (Siebenlist et al. (1980) Cell 20:269), применяя линкеры или адапторы, чтобы снабдить любыми рестрикционными сайтами.

    В одном аспекте изобретения каждый цистрон в рекомбинантном векторе содержит секреторную сигнальную последовательность, которая направляет транслокацию экспрессированных полипептидов через мембрану. В общем, сигнальная последовательность может быть компонентом вектора, или она может быть частью ДНК целевого полипептида, которая встроена в вектор. Сигнальная последовательность, выбранная для цели этого изобретения, должна быть узнаваемой и процессируемой (то есть расщепляемой сигнальной пептидазой) клеткой-хозяином. Для прокариотических клеток-хозяев, которые не узнают и не процессируют нативные сигнальные последовательности гетерологичных полипептидов, сигнальная последовательность заменяется выбранной прокариотической сигнальной последовательностью, например, из группы, состоящей из щелочной фосфатазы, пенициллиназы, Ipp или лидерных последовательностей теплоустойчивого энтеротоксина II (STII), LamB, PhoE, PelB, OmpA и MBP. В одном варианте осуществления изобретения сигнальные последовательности, используемые в обоих цистронах системы экспрессии, являются STII сигнальными последовательностями или их вариантами.

    В другом аспекте изобретения получение иммуноглобулинов согласно изобретению может происходить в цитоплазме клетки-хозяина и, таким образом, не требует присутствия секреторных сигнальных последовательностей внутри каждого цистрона. В этом случае легкие и тяжелые цепи иммуноглобулинов экспрессируются, сворачиваются и собираются, формируя функциональные иммуноглобулины внутри цитоплазмы. Определенные штаммы клеток-хозяев (например, штамм trxB — E.coli) обеспечивают условия в цитоплазме, которые способствуют образованию дисульфидных связей, таким образом давая возможность правильного сворачивания и сборки экспрессированных белковых субъединиц. Статья Proba and Pluckthun Gene, 159:203 (1995).

    Настоящее изобретение предоставляет систему экспрессии, в которой количественное соотношение экспрессированных полипептидных компонентов может регулироваться для того, чтобы максимизировать выход секретируемых и правильно собранных антител согласно изобретению. Такая модуляция достигается, по меньшей мере частично, путем одновременной регуляции силы трансляции для полипептидных компонентов.

    Один метод для регуляции силы трансляции раскрыт в патенте США №5840523, авторами Simmons et al. Этот метод использует варианты участка инициации трансляции (TIR) внутри цистрона. Для данного TIR ряд вариантов аминокислотных или нуклеотидных последовательностей может быть создан с диапазоном сил трансляции, таким образом обеспечивая удобное средство, посредством которого этот фактор доводится до желаемого уровня экспрессии определенной цепи. Варианты TIR могут быть созданы общеизвестными методами мутагенеза, что приводит к изменениям последовательности кодонов, которые могут поменять аминокислотную последовательность, хотя молчащие замены в нуклеотидной последовательности являются предпочтительными. Изменения в TIR могут включать, например, изменения в числе или расположении последовательностей Шайн-Дальгарно вместе с изменениями в сигнальной последовательности. Один метод создания мутантных сигнальных последовательностей представляет создание «банка кодонов» в начале кодирующей последовательности, что не меняет аминокислотную последовательность сигнальной последовательности (то есть замены являются молчащими). Это может быть достигнуто путем замены третьего нуклеотида в каждом кодоне; дополнительно некоторые аминокислоты, такие как лейцин, серин и аргинин, имеют различные нуклеотиды в первом и втором положениях, что добавляет сложности в создание банка. Этот метод мутагенеза описан в деталях в статье Yansura et al. (1992) METHODS: A Companion to Methods in Enzymol. 4:151-158.

    Предпочтительно, чтобы набор векторов создавался с диапазоном сил TIR для каждого цистрона в нем. Этот ограниченный набор предоставляет сравнение уровней экспрессии каждой цепи, так же как и выход желаемых антител при различных комбинациях сил TIR. Силы TIR могут быть определены путем количественного определения уровня экспрессии репортерного гена, как описано в деталях в патенте США № 5840523, авторов Simmons et al. На основании сравнения сил трансляции желаемые индивидуальные TIR выбираются для соединения в экспрессирующих векторных конструкциях согласно изобретению.

    Прокариотические клетки-хозяева, подходящие для экспрессии антител согласно изобретению, включают Archaebacteria и Eubacteria, таких как граммположительные и граммотрицательные организмы. Примеры пригодных бактерий включают Еscherichia (например, E.coli), Bacilli (например, B.subtilis), Enterobacteria, вид Pseudomonas (например, P.aeruginosa), Salmonеlla typhimurium, Serratia marcescans, Klebsiella, Proteus, Shigella, Rhizobia, Vitreoscilla или Paracoccus. В одном варианте осуществления изобретения использовались граммотрицательные клетки. В одном варианте осуществления изобретения клетки E.coli использовались в качестве хозяев для изобретения. Примеры штаммов E.coli включают штамм W3110 (Bachmann, Cellular and Molecular Biology. vol. 2 (Washington D.C. American Society for Microbiology, 1987), рр. 1190-1219; депозит в ATCC № 27325) и его производные, включающие штамм 33D3, имеющий генотип W3110 ?fhuA (?tonA) ptr3 lac Iq lacL8 ?ompT?(nmpc-fepE) degP41 kan R (патент США № 5639635). Другие штаммы и их производные, такие как E.coli 294 (депозит в АТСС № 31446), E.coli В, E.coli? 1776 (депозит в АТСС № 31537) и E.coli RV308 (депозит в АТСС № 31608), также подходят. Эти примеры являются больше иллюстративными, чем ограничивающими. Методы для создания производных любой из вышеупомянутых бактерий, имеющих определенные генотипы, известны и описаны, например, у Bass et al. Proteins. 8 :309-314 (1990). В общем, является необходимым выбирать подходящую бактерию, принимая во внимание способность репликона к репликации в бактериальных клетках. Например, штаммы Е.coli, Serratia или Salmonella могут подходить для использования в качестве хозяев, когда хорошо известные плазмиды pBR322, pBR325, pACYC177 или pKN410 используются как источник репликона. Обычно клетка-хозяин должна секретировать минимальные количества протеолитических ферментов, и дополнительные ингибиторы протеаз могут, желательно, быть включены в клеточную культуру.

    Получение антител

    Клетки-хозяева, трансформированные вышеописанными экспрессирующими векторами и выращенные на стандартной питательной среде, измененной соответствующим образом для индукции промоторов, отбора трансформантов или амплификации генов, кодирующих желаемые последовательности.

    Трансформация означает встраивание ДНК в прокариотического хозяина, так, что ДНК является реплицируемой или как экстрахромосомный элемент, или как часть хромосомы. В зависимости от используемой клетки-хозяина трансформация осуществляется с применением стандартных методик, подходящих для таких клеток. Обработка кальцием с использованием хлорида кальция обычно используется для бактериальных клеток, которые содержат прочные барьеры клеточной стенки. Другая методика трансформации использует полиэтиленгликоль/ДМСО. Еще одной методикой является электропорация.

    Прокариотические клетки, применимые для получения полипептидов согласно изобретению, выращивают в известной среде и подходящей для культивирования выбранных клеток-хозяев. Примеры подходящей среды включают среду Луриа-Бертрани (LB) плюс необходимые питательные добавки. В некоторых вариантах осуществления изобретения среда также содержит вещество для селекции, выбранное на основании конструкции вектора экспрессии для того, чтобы селективно разрешить рост прокариотических клеток, содержащих экспрессирующий вектор. Например, к среде добавляют ампициллин для роста клеток, экспрессирующих ген устойчивости к ампициллину.

    Любые необходимые добавки, кроме углерода, азота и источников неорганического фосфата, могут также быть включены в соответствующих концентрациях, добавленные по одиночке или в виде смеси с другой добавкой или средой, такой как комплексный источник азота. Необязательно, культуральная среда может содержать один или несколько восстанавливающих агентов, выбранных из группы, состоящей из глютатиона, цистеина, цистамина, тиогликолата, дитиоэритритола и дитиотриэтола.

    Культивируют прокариотические клетки-хозяева при соответствующих температурах. Для роста E.coli, например, предпочтительная температура находится в границах от, примерно, 20°С до, примерно, 39°С, более предпочтительно от, примерно, 25°С до, примерно, 37°С и еще более предпочтительно, при, примерно, 30°С. рН среды может быть любым, находящимся в пределах от, примерно, 5 до, примерно, 9, в основном зависящим от организма хозяина. Для E.coli рН предпочтительно равен от, примерно, 6,8 до, примерно, 7,4 и более предпочтительно, примерно, 7,0.

    Если в экспрессирующем векторе согласно изобретению используется индуцибельный промотор, экспрессия белка индуцируется при условиях, соответствующих активации промотора. В одном варианте изобретения применяются PhoA промоторы для контроля транскрипции полипептидов. Соответственно для индукции трансформированные клетки-хозяева культивируются в среде с ограниченным количеством фосфата. Предпочтительно, чтобы средой, лимитированной по фосфату, была C.R.A.P. среда (см. например, Simmons et al. J. Immunol. Methods (2002), 263:133-147). Множество других индукторов может быть использовано в соответствии с используемой векторной конструкцией, как известно в науке.

    В одном варианте осуществления изобретения экспрессируемые полипептиды настоящего изобретения секретируются в и выделяются из периплазмы клеток-хозяев. Выделение белка обычно включает разрушение микроорганизма, обычно такими методами, как осмотический шок, озвучивание или лизис. После разрушения клеток, клеточный дебрис или целые клетки могут быть удалены центрифугированием или фильтрацией. Белки могут быть далее очищены, например, с помощью хроматографии на аффинной смоле. В качестве альтернативы, белок может быть транспортирован в культуральную среду и выделен из нее. Клетки можно удалить из культуры, а супернатант профильтровать и сконцентрировать для дальнейшей очистки получаемых белков. Экспрессированные полипептиды могут быть затем выделены и идентифицированы общеизвестными методами, такими как электрофорез в полиакриламидном геле (ПААГ) и Вестерн блоттингом.

    В одном аспекте изобретения, получение антител проводилось в большом количестве посредством ферментационного процесса. Разнообразные крупномасштабные ферментационные процессы с подачей питательных веществ являются доступными для получения рекомбинантных белков. Крупномасштабное культивирование имеет пропускную способность по меньшей мере 1000 литров, предпочтительно, от, примерно, 1000 до 100000 литров. Эти ферментеры имеют лопастные мешалки для распределения кислорода и питательных веществ, особенно глюкозы (предпочтительного источника углерода/энергии). Культивирование в малом масштабе относится в основном к культивированию в ферметерах, которые имеют объем не более, чем, приблизительно, 100 литров и объем культивирования может варьировать от примерно, 1 литра до, примерно, 100 литров.

    В процессе ферментации индукцию экспрессии белков обычно инициируют после того, как клетки при соответствующих условиях достигнут желаемой плотности, например, значения OD550. примерно, 180-220, при котором клетки находятся в ранней стационарной фазе. Могут быть использованы множество индукторов, в соответствии с используемым вектором, как известно в науке и описано выше. Клетки можно растить более короткое время до индукции. Клетки индуцируют в течение, примерно, 15-20 часов, хотя можно использовать более длинное или короткое время индукции.

    Для улучшения выхода и качества полипептидов согласно изобретению различные условия ферментации могут быть модифицированы. Например, чтобы улучшить правильную сборку и сворачивание секретируемых полипептидов антитела дополнительные векторы, сверхэкспрессирующие белки-шапероны, такие как Dsb белки (DsbA, DsbB, DsbC, DsbD и DsbG) или FkpA (пептидил-пролил-цис-транс-изомераза, обладающая шаперонной активностью), могут быть применены для совместной трансформации прокариотических клеток-хозяев. Показано, что белки-шапероны облегчают правильное сворачивание и растворимость гетерологичных белков, продуцируемых в бактериальных клетках-хозяевах. Chen et al. (1999) J Bio Chem 274:19601-19605; патент США № 6083715, Georgiou et al.; патент США №6027888; Bothmann and Pluckthun (2000) J. Biol. Chem. 275:17100-17105; Ramm and Pluckthun (2000) J. Biol. Chem. 275:17106-17113; Arie et al. (2001) Mol. Microbiol. 39:199-210.

    Чтобы минимизировать протеолиз экспрессированных гетерологичных белков (особенно тех, что являются чувствительными к протеолизу), в настоящем изобретении могут быть использованы определенные штаммы-хозяева, лишенные протеолитических ферментов. Например, штаммы клеток-хозяев могут быть модифицированы, чтобы достичь генетической(их) мутации(ий) в генах, кодирующих известные бактериальные протеазы, такие как протеаза III, OmpT, DegP, Tsp, протеаза I, протеаза Mi, протеаза V, протеаза VI и их сочетаниях. Некоторые штаммы E.coli, лишенные протеазной активности, являются доступными и описаны, например, у Joly et al. (1998) см. выше; патенте США № 5264365 авторов Georgiou et al.; патенте США № 5508192 авторов Georgiou et al.; Hara et al. Microbial Drug Resistance, 2 :63-72 (1996).

    В одном варианте осуществления изобретения штамм E.coli, лишенный протеолитических ферментов и трансформированный плазмидой, сверхэкспрессирующей один или несколько белков-шаперонов, используется в качестве клеток-хозяев в системе экспрессии согласно изобретению.

    Очистка антител

    В одном варианте осуществления изобретения антитело, полученное здесь, далее очищают для получения препаратов, которые являются в значительной степени гомогенными для дальнейших испытаний и использования. Могут быть применены известные стандартные методы очистки белков. Следующие процедуры являются примерами подходящих методов очистки: фракционирование на иммуноаффинной или ионобменной колонке, осаждение этанолом, HPLC на обратной фазе, хроматография на силикагелевой или катионобменной смоле, такой как DEAE, хроматофокусирование, ДСН-ПААГ, осаждение сульфатом аммония и гель-фильтрация с применением, например, Sephadex G-75.

    В одном аспекте белок А, иммобилизованный на твердофазном носителе, применяется для иммуноаффинной очистки продуктов изобретения — полноразмерных антител. Белок А является белком клеточной стенки золотистого стафилококка (Staphylococcus aureas) с молекулярным весом 41 кДа, который связывает с высокой аффинностью Fc-регион антител. Статья Lindmark et al. (1983) J. Immunol. Meth. 62:1-13. Твердофазный носитель, на который иммобилизуют белок А, является, предпочтительно, колонкой, с поверхностью носителя из стекла или кремнезема, более предпочтительно, колонкой со стеклянным носителем с контролируемым размером пор или с носителем из кремниевой кислоты. В некоторых применениях колонка была покрыта реагентом, таким как глицерин, в попытке предотвратить неспецифическое связывание примесей.

    В качестве первого шага очистки препарат, полученный из клеточной культуры, как описано выше, наносят на белок А, иммобилизованный на твердом носителе, чтобы позволить представляющему интерес антителу связаться с белком А. Твердофазный носитель затем промывается для удаления загрязняющих примесей, неспецифически связанных с носителем. В конце представляющее интерес антитело элюируют с носителя.

    Получение антител с применением эукариотических клеток-хозяев:

    Векторные компоненты в общем включают в себя, без ограничения, один или несколько из следующих компонентов: сигнальную последовательность, точку начала репликации, один или несколько маркерных генов, энхансерный элемент, промотор и последовательности терминации транскрипции.

    (i) Компонент сигнальная последовательность

    Вектор для применения в эукариотической клетке-хозяине может также содержать сигнальную последовательность или другой полипептид, имеющий специфичный сайт расщепления на N-конце зрелого белка или полипептида, представляющих интерес. Гетерологичная сигнальная последовательность выбирается предпочтительно из тех, что узнаются и процессируются (то есть расщепляются сигнальной пептидазой) клеткой-хозяином. В системах экспрессии в клетках млекопитающих сигнальные последовательности млекопитающих, так же как и вирусные секреторные лидерные последовательности, например, сигнал gD вируса простого герпеса, являются доступными.

    ДНК для такого региона-предшественника лигируется с сохранением рамки считывания в ДНК, кодирующую антитело.

    (ii) Точка начала репликации

    В общем, компонент точка начала репликации не нужен для экспрессирующих векторов в системе экспрессии в клетках млекопитающих. Например, точка начала репликации вируса SV-40 обычно может быть использована только потому, она содержит ранний промотор.

    (iii) Компонент селективного гена

    Экспрессирующие и клонирующие векторы могут содержать селективный ген, также называемый селективным маркером. Типичные гены селекции кодируют белки, которые (а) придают резистентность к антибиотикам или другим токсинам, например, ампициллину, неомицину, метотрексату или тетрациклину, (б) восполняют питательные вещества, не синтезируемые ауксотрофами, где это актуально, или (в) поставляют необходимые питательные вещества, недоступные в культуральной среде.

    Один пример схемы селекции связан с использованием лекарственного препарата для остановки роста клеток-хозяев. Те клетки, которые успешно трансформированы гетерологичным геном, продуцируют белок, придающий резистентность к препарату, и, следовательно, выживают в режиме селекции. Примеры такой доминантной селекции связаны с использованием лекарственных веществ неомицина, микофеноловой кислоты и гигромицина.

    Другим примером подходящих селективных маркеров для клеток млекопитающих являются маркеры, дающие возможность идентифицировать клетки, способные принять нуклеиновую кислоту, кодирующую антитело, таких как DHFR, тимидиновая киназа, металлотионеин-I и II, предпочтительно, металлотинеиновые гены приматов, аденозин деаминаза, орнитин декарбоксилаза и т.п.

    Например, клетки, трансформированные селективным геном DHFR, сначала идентифицируют посредством культивирования всех трансформантов в культуральной среде, которая содержит метотрексат (Mtx), конкурентный антагонист DHFR. Подходящей клеткой-хозяином, при применении гена DHFR дикого типа, является линия клеток яичников китайского хомячка (СНО), дефицитная по активности DHFR (например, депозит АТСС CRL-9096).

    В качестве альтернативы клетки-хозяева (особенно клетки-хозяева дикого типа, которые содержат эндогенный DHFR), трансформированные или ко-трансформированные последовательностями ДНК, кодирующими антитело, дикий тип белка DHFR и другой селективный маркер, такой как аминогликозид-3′-фосфотрансфераза (АРН), могут быть отобраны посредством роста клеток в среде, содержащей селекционный агент для селективного маркера, такого как аминогликозидный антибиотик, например, канамицин, неомицин или G418. См. патент США № 4965199.

    (iv) Промоторный компонент

    Векторы для экспрессии и клонирования обычно содержат промотор, который узнается организмом-хозяином и который функционально связан с нуклеиновой кислотой полипептида антитела. Промоторные последовательности для эукариот известны. В действительности все эукариотические гены имеют АТ-богатый участок, расположенный на расстоянии в, приблизительно, 25-30 пар оснований выше участка инициации транскрипции. Другой последовательностью, найденной в 70-80 парах оснований выше участка инициации транскрипции, является CNCAAT регион, где N может быть любым нуклеотидом. На 3′-конце большинства эукариотических генов находится ААТААА последовательность, которая может быть сигналом для добавления полиахвоста к 3′-концу кодирующей последовательности. Все эти последовательности соответствующим образом вставлены в эукариотические экспрессирующие векторы.

    Транскрипция полипептида антитела из вектора в клетках-хозяевах млекопитающих контролируется, например, промоторами, полученными из геномов вирусов, таких как вирус полиомы, вирус оспы птиц, аденовирус (такого, как аденовирус 2), вирус бычьей папилломы, вирус саркомы птиц, цитомегаловирус, ретровирус, вирус гепатита В и вирус обезьян 40 (SV40), из гетерологичных промоторов млекопитающих, например, актинового промотора или иммуноглобулинового промотора, из промоторов белков теплового шока, если такие промоторы являются совместимыми с системами клеток-хозяев.

    Ранние и поздние промоторы вируса SV40 удобно получать в качестве рестрикционного фрагмента SV40, который также содержит точку начала репликации вируса SV40. Ранний промотор человеческого цитомегаловируса удобно получать как фрагмент рестрикции эндонуклеазой HindIII. Система для экспрессии ДНК в клетках млекопитающих с использованием вируса бычьей папилломы в качестве вектора раскрыта в патенте США № 4419446. Модификация этой системы описана в патенте США № 4601978. См. также статью Reyes et al. Nature 297:598-601 (1982) об экспрессии кДНК человеческого ?-интерферона в мышиных клетках под контролем промотора тимидинкиназы из вируса простого герпеса. В качестве альтернативы длинный концевой повтор вируса саркомы Рауса может быть использован в качестве промотора.

    (v) Энхансерный компонент

    Транскрипция ДНК, кодирующей полипептид антитела этого изобретения высшими эукариотами, часто увеличивается посредством встраивания энхансерной последовательности в вектор. Множество энхансерных последовательностей из генов млекопитающих известны на сегодняшний день (глобина, эластазы, альбумина, ?-фетопротеина и инсулина). Обычно, однако, используется энхансер из вируса эукариотических клеток. Примеры включают SV40-энхансер на позднем участке сайта инициации репликации (100-270 п.о.), энхансер раннего промотора цитомегаловируса, энхансер вируса полиомы на позднем участке сайта инициации репликации и аденовирусные энхансеры. См. Yaniv, Nature 297:17-18 (1982) об энхансерных элементах для активации эукариотических промоторов. Энхансер может быть вставлен в вектор в 5′- или 3′-положении к последовательности, кодирующей полипептид антитела, но, предпочтительно, расположен на 5′-стороне промотора.

    (vi) Компонент терминации транскрипции

    Экспрессирующие векторы, используемые для эукариотической экспрессии, будут обычно также содержать последовательности, необходимые для терминации транскрипции и для стабилизации мРНК. Такие последовательности обыкновенно доступны из 5′- и, изредка, 3′-нетранслируемых участков эукариотических или вирусных ДНК или кДНК. Эти участки содержат нуклеотидные сегменты, транскрибирующиеся как полиаденилируемые фрагменты в нетранслируемой части мРНК, кодирующей антитело. Один пригодный компонент терминации транскрипции представляет участок полиаденилирования бычьего гормона роста. См. патент WO094/11026 и экспрессирующие векторы, раскрытые в нем.

    (vii) Трансформация и отбор клеток-хозяев

    Подходящие клетки-хозяева для клонирования и экспрессии ДНК в векторах здесь включают клетки высших эукариот, описанные здесь, включая клетки-хозяева позвоночных. Размножение клеток позвоночных в культуре (культура тканей) стало рутинной процедурой. Примерами пригодных линий клеток-хозяев млекопитающих являются линия CV1 из печени мартышки, трансформированная SV-40 (COS-7, депозит CRL 1651 в ATCC); линия почки эмбриона человека (293 или 293 клетки, субклонированные для роста в суспензионной культуре, статья Graham et al. J. Gen Virol. 36:59 (1977)); клетки почки сирийского хомячка (ВНК, депозит CСL 10 в ATCC); клетки яичников китайского хомячка, дефицитных по DHFR (CHO, статья Urlaub et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 77:4216 (1980)); клетки Сертоли мыши (ТМ4, статья Mather, Biol. Reprod. 23:243-251 (1980)); клетки почки мартышки (CV1, депозит CLL 70 в ATCC); клетки африканской зеленой мартышки (VERO-76, депозит CRL-1587 в ATCC); клетки цервикальной карциномы человека (HELA, депозит CСL 2 в ATCC); клетки почки собаки (MDCK, депозит CСL 34 в ATCC); клетки печени серой крысы (BRL 3A, депозит CRL 1442 в ATCC); клетки легкого человека (W138, депозит CСL 75 в ATCC); клетки печени человека (Hep G2, HB 8065); опухоль молочной железы мыши (ММТ 060562, депозит CСL 51 в ATCC); клетки TRI (статья Mather et al. Annals N.Y. Acad. Sci 383:44-68 (1982)); клетки MRC5; клетки FS4; линия гепатомы человека (Hep G2).

    Клетки-хозяева трансформируют вышеописанными экспрессирующими векторами или векторами для клонирования для получения антител и культивируют в стандартной питательной среде, измененной соответствующим образом для индукции промоторов, отбора трансформантов или амплификации генов, кодирующих желаемые последовательности.

    (viii) Культивирование клеток-хозяев

    Клетки-хозяева, применимые для получения антитела согласно изобретению, могут быть культивированы в множестве сред. Доступные в продаже среды, такие как Ham’s F10 (Sigma), Minimal Essential Medium ((МЕМ), (Sigma), RPMI-1640 (Sigma), и Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium ((DMEM), (Sigma)), подходят для культивирования клеток-хозяев. В дополнение любая из сред, описанных у Ham et al. Meth. Enz. 58:44 (1979), Barnes et al. Anal. Biochem. 102:255 (1980), патентах США №№ 4767704; 4657866; 4927762; 4560655; или 5122469; WO 90/03430; WO 87/00195; или патенте США Re. 30985, может быть использована как среда для культивирования клеток-хозяев. Любая из этих сред может быть дополнена по необходимости гормонами и/или другими факторами роста (такими как инсулин, трансферрин или фактор роста эпидермиса), солями (такими как хлоридом натрия, кальцием, магнием и фосфатом), буферами (такими, как HEPES), нуклеотидами (такими как аденозин и тимидин), антибиотиками (такими как лекарственный препарат GENTAMICYN™), микроэлементами (определенные как неорганические соединения, обычно присутствующие в конечных концентрациях в микромолярных пределах) и глюкозой, или равноценными источниками энергии. Любые другие необходимые добавки могут быть включены в соответствующих концентрациях, которые были бы известны специалистам. Условия культивирования, такие как температура, рН и аналогичные им, являются теми, что ранее использовались для клетки-хозяина, выбранной для экспрессии, и будут очевидны для технического персонала.

    (xi) Очистка антител

    При применении рекомбинантных технологий антитела могут быть получены внутриклеточно или прямо секретированы в среду. Если антитело получено внутриклеточно, в качестве первого шага удаляют дебрис в виде частиц или клеток-хозяев или лизированных фрагментов, например, центрифугированием или ультрафильтрацией. В том случае, если антитело секретируется в среду, супернатанты таких систем экспрессии, в общем, сначала концентрируют, используя коммерчески доступные фильтры для концентрации белков, например, Amicon или Millipore Pellicon ultrafiltration unit. Протеазный ингибитор, такой как PMSF, может быть включен в любой из предыдущих шагов для ингибирования протеолиза, и антибиотики могут быть включены для предотвращения роста случайных загрязнений.

    Препарат антитела, полученный из клеток, может быть очищен с использованием, например, хроматографии на гидроксилапатите, гель-электрофореза, диализа и аффинной хроматографии, причем аффинная хроматография является предпочтительной методикой очистки. Пригодность белка А в качестве аффинного лиганда зависит от биологического вида (к которому принадлежит антитело) и изотипа любого Fc-домена иммуноглобулина, который находится в антителе. Белок А может быть использован для очистки антител, которые основаны на тяжелых цепях ?1, ?2 или ?4 человека (Lindmark et al. J. Immunol. Meth. 62:1-13 (1983)). Белок G рекомендуется использовать для всех изотипов мышиных антител и для ?3 человека (Guss et al. EMBO J. 5:1567-1575 (1986)). Носителем, к которому пришивают аффинный лиганд, наиболее часто является агароза, но доступны другие носители. Устойчивые к механическим нагрузкам носители, такие как стекло с контролируемым размером пор или полистиролдивинилбензол, позволяют использовать более высокую скорость потока и более короткое время процесса очистки, чем те, что можно достигнуть, использую агарозу. В тех случаях, где антитело содержит СН 3-домен, для очистки пригодна смола Bakerbond ABX™resin (производства J.T. Baker, Phillipsburg, NJ). Другие методики для очистки белков, такие как фракционирование на ионобменной колонке, преципитация этанолом, HPLC на обращенной фазе, хроматография на оксиде кремния, хроматография на гепарине, иммобилизованном на сефарозе (SEPHAROSE™), хроматография на анион- или катионобменной смоле (такой как колонка с носителем полиаспарагиновой кислотой), хроматофокусирование, ДСН-ПААГ и осаждение сульфатом аммония также доступны в зависимости от выделяемого антитела.

    После любого(ых) предварительного(ых) шага(ов) очистки смесь, содержащая антитело, представляющее интерес, и примеси, может быть подвергнута хроматографии гидрофобного взаимодействия при низком рН, используя элюционный буфер со значением рН, находящимся между, примерно, 2,5-4,5, предпочтительно, проведенной при низких концентрациях соли (например, от, примерно, 0 до 0,25 М).

    Методы определения активности

    Антитела настоящего изобретения могут быть охарактеризованы по своим физико-химическим свойствам и биологическим функциям посредством различных известных методов.

    Очищенные иммуноглобулины могут быть далее охарактеризованы посредством ряда методов, включающих, без ограничения, N-концевой сиквенс (определение N-концевой аминокислотной последовательности), аминокислотный анализ, неденатурирующую эксклюзионную хроматографию при высоком давлении (HPLC), масс-спектрометрию, ионообменную хроматографию и расщепление папаином.

    В определенных вариантах осуществления изобретения получаемые иммуноглобулины анализируют по биологической активности. В некоторых вариантах осуществления изобретения иммуноглобулины согласно изобретению тестируют на их способность связывать антиген. Известные методы определения антигенсвязывающей способности могут быть использованы здесь и включают без ограничения любой прямой или конкурентный метод определения антигенсвязывающей способности при помощи методов, таких как Вестерн-блоттинг, радиоиммуноанализ, ЕLISA (твердофазный иммуноферментный анализ), «сэндвич» иммуноанализы, методы иммунопреципитации, методы флуоресцентного иммуноанализа и методы иммуноанализа с белком А. Показательные антигенсвязывающие методы предоставлены ниже в разделе Примеры.

    В одном варианте осуществления изобретения настоящее изобретение рассматривает измененное антитело, которое обладает некоторыми, но не всеми, эффекторными функциями, которые делают его желаемым претендентом для многих применений, в которых период полужизни антитела in vivo является важным, а определенные эффекторные функции (такие как взаимодействие с системой комплемента и ADCC) являются лишними или вредными. В определенных вариантах осуществления изобретения активность Fc-домена полученного иммуноглобулина измеряется, чтобы удостовериться, что сохранены только желаемые свойства. In vitro и/или in vivo методы определения цитотоксичности могут быть проведены для подтверждения уменьшения/истощения CDC и/или ADCC активности. Например, методы связывания с Fc-рецептором (FcR) могут быть проведены, чтобы удостовериться, что антитело не обладает способностью связывать Fc?R (следовательно, вероятно, не обладает ADCC активностью), но сохраняет FcRn связывающую способность. Первичные клетки для опосредования ADCC, NK-клетки, экспрессируют только FcRIII, тогда как моноциты экспрессируют FcRI, FcRII и FcRIII. Экспрессия FcR в гематопоэтических клетках суммирована в Таблице 3 на стр.464 Ravetch and Kinet, Annu. Rev. Immunol 9:457-92 (1991). Пример in vitro анализа для оценки ADCC активности молекулы, представляющей интерес, описан в патенте США № 5500362 или 5821337. Эффекторные клетки, применимые для таких анализов, включают периферические мононуклеарные клетки крови (PBMC) и естественные киллеры (NK) клетки. В качестве альтернативы или дополнительно, ADCC-активность изучаемой молекулы может быть оценена in vivo, например, на животной модели, такой какая раскрыта у Clynes et al. PNAS (USA) 95:652-656 (1998). Проверка способности связывать С1q может быть также проведена для подтверждения того, что антитело не способно связываться с С1q и, следовательно, не обладает CDC-активностью. Для оценки активации комплемента, анализ активации CDC, например, как описано у Gazzano-Santoro et al. J. Immunol. Methods 202:163 (1996), может быть проведен. Связывание FcRn и определение in vivo клиренса/полужизни могут также быть проведены с использованием известных методов.

    Гуманизированные антитела

    Настоящее изобретение охватывает гуманизированные антитела. Известны различные методы для создания гуманизированных антител на основе антител, принадлежащих другим видам (кроме человека). Например, гуманизированное антитело может иметь один или несколько аминокислотных остатков, встроенных в него из источника, который принадлежит другому виду (кроме человека). Эти аминокислотные остатки (принадлежащие к любому виду, кроме человека) часто называются «импортными» остатками, которые обычно берут из «импортируемого» вариабельного домена. Создание гуманизированных антител может быть в целом проведено, следуя методике Уинтера и коллег (Winter and co-workers) (Jones et al. (1986) Nature 321:522-525; Reichmann et al. (1988) Nature 332:323-327; Verhoeyen et al. (1988) Science 239:1534-1536), посредством замещения последовательностей гипервариабельного участка соответствующими последовательностями антитела человека. Соответственно такие “гуманизированные” антитела являются химерными антителами (патент США № 4816567), где значительно меньший участок, чем целый вариабельный домен человека, замещен соответствующей последовательностью из другого вида (кроме человека). На практике гуманизированные антитела являются обычно человеческими антителами, в которых некоторые аминокислотные остатки гипервариабельного участка и, возможно, некоторые аминокислотные остатки каркасного участка замещены остатками из аналогичных участков антител грызунов.

    Выбор вариабельных доменов человека, как легких, так и тяжелых, для применения в получении гуманизированных антител является очень важным для уменьшения антигенных свойств. В соответствии с так называемым методом “максимального соответствия” последовательность вариабельного домена антитела грызуна сравнивается с полной библиотекой известных последовательностей вариабельных доменов человека. Человеческая последовательность, которая является наиболее близкой к последовательности грызуна, принимается как каркасная человеческая последовательность для гуманизированного антитела (Sims et al. (1993) J. Immunol. 151:2296; Chothia et al. (1987) J. Mol. Biol. 196:901). В другом методе используют определенную каркасную последовательность, полученную из консенсусной последовательности всех человеческих антител определенной подгруппы легких или тяжелых цепей. Одинаковая каркасная последовательность может быть использована для нескольких различных гуманизированных антител (Carter et al. (1992) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89:4285; Presta et al. (1993) J. Immunol. 151:2623).

    Кроме того, важно, чтобы полученные гуманизированные антитела сохраняли высокую аффинность в отношении антигена, а также другие подходящие биологические свойства. Для достижения этой цели одним из методов гуманизированные антитела получают посредством анализа родительских последовательностей и различных теоретических гуманизированных продуктов с использованием трехмерных моделей родительских и гуманизированных последовательностей. Трехмерные модели иммуноглобулинов являются широко доступными и известны специалистам. Доступными являются компьютерные программы, которые иллюстрируют и отображают возможные трехмерные конформационные структуры выбранных кандидатов последовательностей иммуноглобулинов. Изучение этих отображений позволяет анализировать возможную роль этих остатков в функционировании кандидатов последовательностей иммуноглобулинов, то есть остатков, которые влияют на способность кандидата иммуноглобулина связывать его антиген. Таким путем остатки каркасного участка могут быть выбраны и объединены из реципиентных и импортируемых последовательностей так, что достигается желательное свойство антитела, такое как увеличенная аффинность в отношении антигена-мишени. Обычно остатки гипервариабельного участка напрямую и наиболее существенно влияют на связывание антигена.

    Варианты антител

    В одном аспекте изобретение предоставляет антитело, содержащее модификации на поверхности Fc-полипептидов, содержащих Fc-участок, где модификации облегчают и/или способствуют гетеродимеризации. Эти модификации содержат встраивание выступа в первый Fc-полипептид и впадины во второй Fc-полипептид, где выступ подходит к впадине так, что способствуют комплексообразованию между первым и вторым Fc-полипептидами. Известны способы создания антител с такими модификациями, например, как описаны в патенте США № 5731168.

    В некоторых вариантах осуществления изобретения предусмотрена(ы) модификация(ии) описанных здесь аминокислотных последовательностей антител. Например, может быть желательно улучшить аффинность связывания и/или другие биологические свойства антитела. Варианты аминокислотных последовательностей антитела получают посредством встраивания подходящих нуклеотидных замен в нуклеиновую кислоту, кодирующую антитело, или посредством пептидного синтеза. Такие модификации включают, например, делеции и/или вставки и/или замены остатков внутри аминокислотных последовательностей антитела. Любое сочетание делеции, вставки или замены сделано, чтобы достигнуть конечной конструкции, обеспечивая то, что конечная конструкция обладает желаемыми характеристиками. Аминокислотные замены могут быть вставлены в аминокислотную последовательность получаемого антитела во время, когда получают последовательность.

    Полезный метод для идентификации определенных остатков или участков антитела, которые являются предпочтительными местами для мутагенеза, называется «аланиновый сканирующий мутагенез», как описано у Cunningham and Wells (1989) Science, 244:1081-1085. Здесь остаток или группа целевых остатков идентифицируется (например, заряженные остатки, такие как Arg, Asp, Нis, Lys и Glu) и замещаются нейтральными или негативно заряженными аминокислотами (наиболее предпочтительно, аланином или полиаланином), чтобы повлиять на взаимодействие аминокислот с антигеном. Местоположение этих аминокислот, демонстрирующее функциональную чувствительность к заменам, затем уточняется посредством представления дальнейших или других вариантов на или для мест замены. Так, пока место для вставления вариации аминокислотной последовательности предопределено, природа самой мутации не нуждается в предопределении. Например, для анализа действия мутации в данном месте аланиновое сканирование или случайный мутагенез могут быть проведены для кодона-мишени или участка и экспрессированные иммуноглобулины скринируют по желательной активности.

    Вставки аминокислотной последовательности включают амино и/или карбокси-концевые слияния, варьирующие по длине от одного остатка до полипептида, содержащего сотню или более остатков, так же как вставки внутри последовательности одного или множества аминокислотных остатков. Примеры концевых вставок включают антитело с N-концевым метиониновым остатком или антитело, соединенное с цитотоксичным полипептидом. Другие варианты вставок в молекулу антитела включают слияние N- или С-конца антитела с ферментом (например, для ADEPT) или с полипептидом, который увеличивает время полужизни антитела в сыворотке.

    Другой тип вариантов антител является вариант аминокислотных замен. Эти варианты имеют по меньшей мере один аминокислотный остаток в молекуле антитела, замененный другим остатком. Места, представляющие наибольший интерес для замен мутагенезом, включают гипервариабельные участки, но изменения в каркасных участках также предусмотрены. Консервативные замены показаны в Таблице 1 под заголовком “предпочтительные замены”. Если такие замены приводят к изменениям в биологической активности, тогда более существенные замены, обозначенные “примерные замены” в Таблице 1, или, как далее описаны ниже в ссылке на классы аминокислот, могут быть вставлены, и продукт скринирован.

    Содержание главы

    Основные характеристики, конструкция, безопасность, распространенные типы

    Введение в диодные лазеры и лазерные диоды

    Замечание: в этом документе мы будем использовать термины лазерный диод и диодный лазер иногда вперемешку, хотя мы стараемся использовать термин диодный лазер по отношению к законченному устройству. Когда прибор называется лазерный диод, это обычно означает комбинацию кристаллов полупроводника, которая непосредственно выполняет генерацию лазерного излучения, вместе с кристаллом измерительного фотодиода (испольщуемого для обратной связи, регулирующей выходную мощность) расположенную в корпусе (обычно с тремя выводами), который похож на транзистор в металлическом корпусе с окошком наверху. Они затем монтируются и могут быть скомбинированы с управляющей схемой и оптикой в диодный лазерный модуль или распространенную (красную) лазерную указку. Рисунок Разновидности маленьких лазерных диодов демонстрирует некоторые примеры.

    В диодных лазерах для генерации когерентного света используются почти микроскопические кристаллы арсенида галлия или других экзотических полупроводников в очень маленьком корпусе. Разность энергий между полосой проводимости и валентной полосой — это то, что определяет механизм лазерной генерации. Это не тот тип лазера, который можно сделать с нуля в своем подавле, поскольку требуемая технология производства требует установок за мегабаксы и более. Вам придется удовлетвориться заводскими лазерными диодами, питаемыми от самодельного драйвера, или использовать готовые модули вроде лазерных указок. К счастью, лазерные диоды теперь относительно недороги (и цены падают, пока вы читаете это) и широко доступны.

    Активный элемент диодного — это твердотельное устройство, почти не отличающееся от светодиода. Первые из них были разработаны сравнительно рано в истории лазеров, но до начала 1980-х годов не получали широкого распространения — и их цены соответственно понизились. Сейчас есть много разновидностей — некоторые из них испускают много *ватт* оптической мощности. Самые распространенные типы, используемые в популярных устройствах вроде CD-плееров и лазерных указок, имеют максимальную выходную мощность в диапазоне от 3 до 5 мВт.

    Типичная конфигурация распространенного маломощного лазерного диода с боковым излучением показана ниже:

    Приведенная выше конфигурация называется гомопереходом, так как в ней есть только один P-N-переход. Выяснилось, что есть преимущества в использовании нескольких радом расположенных переходов, образованных слоями материала P- и N-типа. Они называются лазерными диодами на гетеропереходах. Существует много других, более сложных структур, используемых сегодня и разрабатываемых, пока вы читаете это! Например, смотрите в разделе Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diodes (VCSELs) описание одного из типов устройств, имеюшего большой потенциал влияния на многие области технологии.

    Торцы — это зеркала, образующие резонатор диодного лазера. Они могут быть просто сколотыми поверхностями кристалла полупроводника или могут быть оптически отшлифованы, отполированы и покрыты.

    У этих типов лазерных диодов все происходит внутри чипа. Таким образом длина волны излучения фиксированная и определяется свойствами полупроводникового материала и физической структурой устройства. Или, как минимум, это то, как они должны работать, так как отражение света обратно в лазер может приводить к проблемам стабильности или даже может быть обращено на пользу с целью стабилизирования частоты выходного излучения. Существуют также перестраиваемые диодные лазеры, использующие внешний оптический резонатор для получения непрерывного, и во многих случаях широкого спектра возможных длин волн без прыжков моды.

    Бывают и импульсные лазерные диоды, требующие много ампер для достижения порога генерации и выдающие ватты выходной мощности, но только на короткое время — микросекунды и меньше. Средняя мощность, вероятно, несколько мВт. Это арсенид-галлиевые (GaAs) лазерные диоды на гетеропереходах. Они не очень распространены сейчас, но некоторые магазины старья продают подобные диоды как часть дальномера танка Чифтен. Они называют высокую пиковую мощность, но не низкую среднюю. ( Современные устройства с подобными характеристиками также выпускаются компаниями вроде OSRAM Opto Semiconductors . Зайдите на Products, High Power Laser Diodes, Product Catalog. , Pulsed Laser Diodes in Plastic Packages.

    Электрическое питание лазерного диода может быть обеспучено специальным источником постоянного тока со стабилизацией тока или драйвером, который модулирует его или генерирует импульсы на потенциально очень высокой скорости передачи данных для связи по оптоволокну или открытому пространству. Ширина полосы во много МГц возможна с помощью существующих чипов-драйверов.

    Однако, в отличие от светодиодов, лазерные диоды требуют гораздо большей заботы от их управляющей электроники, иначе они *погибнут* — немедленно. Есть максимальный ток, который нельзя превышать даже на микросекунду — и он зависит от конкретного устройства и от температуры P-N-перехода. Другими словами, во многих случаях недостаточно посмотреть на спецификации из справочника и просто использовать источник постоянного тока. Чувствительность к превышению тока получается из-за очень сильной положительной обратной связи, которая имеется, когда лазеный диод генерирует. Из-за сконцентрированного электромагнитного поля лазерного луча происходит практически мгновенное повреждение торцов кристалла (зеркал). Чтобы скомпенсировать влияние температуры и разницу экземпляров лазерного диода, обычно используется петля обратной связи по излучению лазера. Прочитайте разделы по лазерным диодам из CD и видимым ниже в этом тексте, прежде чем пытаться включить или хотя бы взять в руки такой лазер. Не все устройства одинаково чувствительны к маленькому насилию, но лучше ошибиться в безопасную сторону (с точки зрения вашего кошелька и самолюбия!).

    В своем большинстве лазерные диоды очень компактны — активный элемент размером всего с песчинку, маломощные (и низковольтные), относительно эффективны (особенно по сравнению с газовыми лазерами, которые они заменили), прочны и надежны при правильном обращении.

    На самом деле, мощные лазерные диоды — те, которые выдают ВАТТЫ оптической мощности — без сомнения являются наиболее эффективными излучателями света (не только среди лазеров), существующими на сегодняшний день. Некоторые из них имеют электрооптический КПД (соотношение Вт постоянного тока на входе и Вт света на выходе) более 50 процентов! Другими словами, дайте 2 Вт электричества на вход и получите 1 Вт света на выходе. И продолжаются исследования с целью улучшить этот показатель до 80% и выше. Обычная лампочка накаливания имеет КПД около 5 процентов, флюоресцентные (энергосберегающие — прим. перев. ) лампы — 15 или 20 процентов, мощные газоразрядные лампы немного лучше, но даже лучшие не могут сравниться с существующими лазерными диодами. Только подумайте: если такие мсуперэффективные лазерные диоды станет можно делать для видимого спектра массово и заменить ими все лампочки, потребление электричества в мире сильно уменьшилось бы, не говоря уже о доступе любителей к мощным лазерам! (Что гораздо важнее!) Ладно, вернемся с небес на землю.

    Лазерные диоды имеют некоторые недостатки, помимо критичных требований к питанию. Оптические характеристики обычно хуже, чем у лазеров других типов. В частности, длина когерентности и монохроматичность некоторых типов (диодных) лазеров обычно отвратительная. Это неудивительно, с учетом длины лазерного резонатора в долю миллиметра, образованного P-N-переходом в полупроводнике типа III-V между сколотыми гранями. Сравните это даже с самыми маленькими гелий-неоновыми лазерами с резонатором около 10 см. Поэтому такие лазерные диоды непригодны в качестве источников свтеа для высококачественной голографии или интерферометрии на больших расстояниях. Но, разумеется, даже лазерная указка за $8,95 может работать достаточно хорошо для опытов в этих областях, и некоторые результаты неожиданно хороши, несмотря на распространенное мнение о качестве лазерных диодов.

    Даже не будучи такими же хорошими, как гелий-неоновые лазеры в отношении когерентности и стабильности, для многих применений лазерные диоды идеально подходят, и их преимущества — особенно малый размер, маленькая мощность и низкая цена — значительно перевешивают любые недостатки. На самом деле, эти недостатки могут стать достоинствами, если лазерный диод используется просто как источник освещения, так как нежелательные спеклы и эффекты интерференции значительно подавляются.

    Как уже замечалось, не все лазерные диоды имеют одинаковое качество. В разделе Interferometers Using Inexpensive Laser Diodes смотрите комментарии, которые утверждают, что некоторые распространенные типы лазерных диодов на самом деле имеют характеристики луча, сравнимые с гелий-неоновыми лазерами. А про узкие применения читайте Can I Use the Pickup from a CD Player or CDROM Drive for Interferometry? . Также смотрите раздел Holography Using Cheap Diode Lasers .

    Следующие сайты содержат некоторые относительно легкие для понимания обсуждения принципов действия, устройства, характеристик и других аспектов технологии лазерных диодов:

    • Power Technology, Inc. Пройдите в Resource Library. Характеристики диодных лазеров, артефакты, исправления.
  • Edmund Industrial Optics. Пройдите в Technical Articles, Lasers. Содержит диодные лазерные модули, расширители луча, пространственные фильтры и другое.
  • Eurotechnology’s Blue Laser Homepage. Содержит информацию по синим, фиолетовым и ультрафиолетовым светодиодам и лазерным модулям на GaN.
  • Photon, Inc. Application Notes. Можно запросить бесплатную информацию по многим темам, относящимся к характеристикам лазерных диодов, их измерению и коррекции.
  • Lumex. Пройдите в Tehcn Notes. Статьи по различным темам, включая конструкции лазерных диодов.
  • Вот ссылка на исторический взгляд на первые дни лазерных диодов:

    Примеры распространенных лазерных диодов

    Рисунок Разновидности маленьких лазерных диодов демонстрирует те, которые обычно бывают в CD-плеерах, приводах CDROM, лазерных принтерах и сканерах штрих-кода. Они отсканированы на 150 dpi. Слева направо: лазерные диоды из CD-плееров, приводов CDROM и лазерных принтеров. Тот, что в середине, тоже из лазерного принтера. Компоненты диодного лазерного модуля справа — от сканера штрих-кода. Сам лазерный диод закреплен на дальнем конце алюминиевого блока, и одноэлементная пластиковая линза — все, что нужно, чтобы получить достаточно хорошо сфокусированный луч.

    Увеличенные изображения ниже отсканированы на 600 dpi — лазерные диоды (по крайней мере те маленькие, с которыми мы работаем) не такие ОГРОМНЫЕ! Эти два лазерных диода также есть на групповом снимке выше.

    Рисунок Лазерный диод вблизи от лазерной головки Sony KSS361A представляет собой тип лазеров, находящихся во многих плеерах CD и приводов CDROM производства Sony. Собственно лазерный диод находится внутри бронзового цилиндра, показанного на фотографии оптической головки. Передняя часть корпуса скошена, так что выходное окно (с антиотражающим покрытием) также расположено под углом, чтобы исключить попадание любых остаточных отражений от окна — как бы малы они ни были — обратно в резонатор лазерного диода или их воздействие на детектируемый сигнал. Выходное излучение этих диодов с торцевой эмиссией поляризовано. (Смотрите раздел What is a Brewster window? .)

    Изображенный на рисунке Типичный лазерный диод вблизи диод — из лазерного принтера. Он был закреплен в массивном (хотя бы по сравнению с размером этого диода) модуле, который содержал линзу объектива и обеспечивал совершенно необходимое охлаждение. В некоторых высококачественных лазеных принтерах температуру лазерного диода обеспечивает твердотельный охладитель Пельтье. Маломощные лазерные диоды в плеерах CD и LD, а также в CDROM и других оптических приводов (во всяком случае, непишущих) в большинстве своем не требуют этого, охлаждение обеспечивается рамой оптического блока, а многим не требуется даже этого, что позволяет делать конструкцию целиком из пластика.

    Различия между светодиодами и лазерными диодами

    Можно рассматривать светодиод как лазер без резонатора обратной связи. Светодиод излучает фотоны за счет рекомбинации электронов. У него очень широкий спектр.

    Когда мы добавляем к нему резонатор с высокой добротностью, обратная связь может быть достаточно сильной, чтобы вызвать настоящую лазерную генерацию. Большинство лазерных диодов имеют резонатор прямо на кристалле, но существует и такая штука, как лазерные диоды с внешним резонатором.

    Добавление высокодобротного резонатора сильно снижает количество мод, на которых работает устройство (на самом деле, почти неправомерно говорить о структуре мод по отношению к светодиоду.) В результате сильно сужается (становится более монохроматической) линия излучения, а пучок в какой-то мере сужается пространственно. Получить истинно одномодовый луч от обычного лазерного диода все еще нелегко, поэтому луч не так тонок, а спектральная линия не такая острая, как у газовых лазеров.

    Сравнение диодных лазеров с другими типами лазеров

    Хотя лазерный диод — это настоящий лазер, а не просто особо роскошный (и дорогой) светодиод, он значительно отличается от газовых и твердотельных лазеров — не всегда в худшую сторону.

    Да, конечно, диодный лазер — настоящий лазер. Как уже говорилось, с количественной точки зрения труднее сделать диодный лазер с очень узкой спектральной линией излучения, чем газовый или большой твердотельный. Увеличение длины резонатора как правило приводит к сужению линии (в пространстве спектров, но высокодобротные резонаторы сужают луч и в пространстве). Можно использовать большой высокодобротный внешний резонатор с лазерным диодом, чтобы увеличить его когерентность.

    Пара небольших замечаний:

    Высокодобротные резонаторы сужают пространственный профиль только если они конфокальны — плоские высокодобротные резонаторы (как в диодных лазерах, и особенно в диодных лазерах с вертикальным резонатором) подвержены проблемам ухода луча и должны быть физически ограничены.

    В газовом лазере мы также имеем значительно более узкую линию излучения, и тем самым спектр усиления спектрально ограничен. Диодные лазеры (будучи полупроводниковыми переходами зона-зона или экситонными) имеют гораздо более широкий спектр флюоресценции.

    Типичный лазерный диод с торцевыми излучением на самом деле излучает на довольно небольшом количестве основных мод (особенно если он работает с использованием собственных граней в качестве резонатора), и хотя каждая из мод генерации монохроматична, весь спектр — на самом деле нет. Внешние резонаторы на самом деле единственный способ получить примерно одномодовый режим работы от диода с торцевым излучением.

    Лазерные диоды с вертикальным резонатором (VCSEL) обычно истинно одномодовые. Причина, почему можно удлинять резонатор газового лазера, в том, что вам не приходится беспокоиться о понижении спектрального диапазона, поскольку ширина линии усиления мала.

    РОС-лазеры (DFB, DBR) дают подобные результаты и имеют степени подавления побочных мод не хуже 30 дБ. Эти лазеры до сих пор являлись основой оптоволоконных телекоммуникаций.

    Лазеры с распределенной обратной связью (РОС, DFB) используются для дальних телекоммуникаций — того типа, который использует, например, компания Sprint (1 Гбит до 25 миль) для своих междугородних телефонных линий. Они же используются для трансатлантических кабелей между США и Европой. Для ВОЛС между компьютерами (

    100 мегабит и менее 1 мили) используются в основном светодиоды.

    Хотя светодиоды достаточно популярны в системах для передачи данных (на действительно маленьких расстояниях), телекомуникационные системы обычно используют РОСы, модулируемые либо непосредственно на малых скоростях (например, OC-3 155 Мбит/с) или со внешней модуляцией для больших скоростей (например, OC-48 2.5 Гбит/с). Расстояния обычно превышают десятки километров, вплоть до сотен километров с оптическими усилителями, без повторителей.

    Техника безопасности диодных лазеров

    Несмотря на свой маленький размер и маленькую электрическую мощность, диодные лазеры все равно представляют большую угрозу для зрения. Это особенно верно в том случае, если выходной луч сфокусирован и/или невидим (ближний ИК), и/или если мощность выше типичных 3-5 мВт. Вам разве что не надо беспокоиться о возможности удара током высокого напряжения (как в He-Ne или аргоновом лазере).

    Никогда нельзя смотреть в луч любого лазера — особенно если он сфокусирован. Используйте непрямые методы для определения правильности работы, такие как направление луча на белый кусок картона, использование карточки для обнаружения ИК или тестера (если надо) или измерителя мощности лазера.

    • Лазерные диоды в CD-плеерах работают на 780 нм (ближний ИК, почти невидим). Пока лазер надежно засунут в оптическую головку, риск весьма невелик, поскольку выходное излучение мощностью обычно меньше 1 мВт, а выходящий пучок сильно расхожится. Однако, если головка переделана (например, снята линза объектива), может получиться сфокусированный луч 5 мВт, который способен прожечь дырки в сетчатке вашего глаза, а вы даже не заметите, что что-то произошло.
  • Распространенные видимые лазерные дииоды, диодные лазерные модули и лазерные указки выдают от 1 до 5 мВт на различных длинах волн между 670 и 635 нм. Если сколлимированны (как в случае лазерного модуля со встроенной оптикой или лазерной указки), весь пучок может войти в глаз и прожечь дырку в сетчатке. Обратите внимание, что свет 635 нм кажется больше чем в 5 раз более ярким, чем 670 нм. То есть, кажущаяся яркость источника не является надежным индикатором его действительной оптической мощности.

    На сегодняшний день зеленые лазерные указки — не просто диодные лазеры, а твердотельные лазеры с диодной накачкой и удвоением частоты (Diode Pumped Solid State Frequency Doubled, DPSSFD) (хотя в будущем это может измениться). Для заданной мощности зеленый выглядит значительно ярче, чем красные длины волн, но мощность также ограничена 5 мВт. Однако, поскольку внутри зеленой указки имеется мощный ИК-лазер, а не все указки имеют соответствующий фильтр для отсечения ИК, могут присутствовать другие источники опасности, даже если зеленый луч полудохлый или отсутствует.

    (Прислал: Gregory Makhov (lsdi@gate.net).)

    Согласно последней статье доктора Дэыида Слайни, являющегося одним из ведущих гуру лазерной безопасности, нет подтвержденных несчастных случаев или травм, причиненных лазерными указками мощностью 5 мВт и менее. Есть огромное количество болтовни и ложных утверждений относительно этого. Указки очень яркие, могут зрительно отвлекать внимание, вызывать остаточные изображения и другие эффекты, такие как головные боли, но при большей части типичных условий использования НЕ травмируют глаза. Доктор Слайни работает на Вооруженные силы США и публикует статьи по лазерной безопасности больше 20 лет.

  • Помимо этого, луч голого лазерного диода сильно расходится и потому представляет меньшую угрозу, так как хрусталик глаза не может сфокусировать его в маленькое пятно. Однако, это все еще не причина смотреть в луч.

    • Записывающие оптические приводы (WORM, CD-R) используют ИК-лазерные диоды, выдающие десятки мВт. Типичный привод CD-R устанавливает мощность лазера на 3-5 мВт при чтении и 25-30 мВт при записи. Разные типы лазерных камер и лазерных принтеров могут использовать лазерные диоды мощностью до сотен мВт. Они исключительно опасны, даже если не очень хорошо сфокусированы. Более того, поскольку они еще и работают на ближнем ИК, ничто не предупреждает о наличии луча. На самом деле, поскольку человеческий глаз реагирует на ближний ИК как на очень слабый красный свет, можно придти к неверному заключению, что луч является слабым видимым, хотя его настоящая мощность в десятки тысяч раз больше, а глаз уже поврежден.
  • Существуют и становятся все более распространенными и доступными видимые и ИК лазерные диоды гораздо большей мощности, по мере того, как растет популярность твердотельных лазеров с диодной накачкой (включая зеленые лазерные указки, которые содержат мощный ИК лазерный диод). Они представляют еще большую опасность для зрения и потенциально даже риск термического повреждения или пожара от сфокусированного луча.

    У этих мощных лазерных диодов даже расходящийся луч голого устройства (без линзы — прим. перев. ) представляет бесспорную опасность на небольшом расстоянии. Если есть коллимирующая оптика (хотя бы почти невидимая микролинза), результатом будет почти или совсем невидимый луч, который будет опасным для зрения от прямого попадания и зеркального отражения на расстояниях в несколько метров. Это особенно ужасно для людей, которые стали излишне самоуверенными насчет лазерной безопасности, ожидая широко расходящегося луча.

  • Для ИК-лазерных диодов в частности, особенно если вы решили продать изделие:

    Вы должны поближе познакомиться с правилами CDRH, поскольку на ИК нет моргательного рефлекса. ИК-лазерные диоды считаются гораздо более опасными и относятся к более высокому классу опасности. CDRH имеет график мощности по длинам волн, который используется для определения классов опасности. Единственный случай, когда ИК-лазер получает класс ниже IIIb (читай: опасный) — это когда луч полностью закрыт или имеет очень малую мощность. Зайдите на сайт CDRH. позвоните им и попросите прислать пакет документов для производителей по почте. Он огромный и запутанный, но содержит требования к изделиям, использующим ИК-лазерные диоды, таким как 3-D-сканеры, датчики охранной сигнализации и так далее.

    Типичные лазерные диоды

    Самые распростраенные лазерные диоды на планете на сегодняшний день — те, которые стоят в CD-плеерах и CDROM-приводах. Они создают (в основном) невидимый луч в ближней инфракрасной области спектра на длине волны 780 нм. Оптическая мощность этих лазеров может составлять до 5 мВт, но после прохождения через оптику то, что попадает на CD, обычно лежит в диапазоне от 0,3 до 1 мВт. Несколько более мощные инфракрасные лазерные диоды (до 30 мВт) могут оказаться в старых неперезаписывающих (WORM) и других оптических приводах.

    Видимые лазерные диоды заменили гелий-неоновые лазеры на сканерах штрих-кода в супермаркетах и не только, в лазерных указках, устройствах позиционирования пациента в медицине (компьютерных и магниторезонансных томографах, системах лучевой терапии) и многих других применениях. Первые видимые лазерные диоды излучали на длине волны около 670 нм в глубокой красной области спектра. Позже подешевели 650-нанометровые и 635-нанометровые лазерные диоды.

    Из-за неравномерности характеристики глаза, свет 635 нм кажется более чем в 4 раза ярче, чем свет 670 нм. Поэтому более новые лазерные указки и другие устройства, использующие видимость луча, делаются на основе этих высокотехнологичных приборов. На сегодняшний день они более дороги, чем излучающие на 670 нм, но это изменяется с тем, как DVD становятся более популярными.

    Лазерные диоды в диапазоне от 635 до 650 нм используются в столь хваленой технологии DVD (Digital Video — или Versatile — Disc), предназначенной для замены CD и CDROM в ближайшие годы. Более короткие длины волн по сравнению с 780 нм являются одним из серьезных улучшений, позволяющих DVD хранить в 8 раз больше информации (или еще больше — от 4 до 5 ГБ на слой, спецификация позволяет иметь до 2 слоев на каждой стороне диска размером с CD) по сравнению со стандартным объемом информации на CD-диске (650 мегабайт). Побочным эффектом являются дохлые DVD-плееры и приводы DVDROM (не могу больше ждать) (уже дождался — прим. перев. ), которые дают прекрасные видимые лазерные диоды для экспериментов. -)

    Подобно своим ИК-братьям, эти устройства имеют типичную максимальную мощность от 3 до 5 мВт. Цена от $10 до $50 за простое устройство с лазерным диодом — больше за оптику и управляющую электронику. Более мощные типы (десятки мВт) также существуют, но будьте готовы потратить несколько сотен долларов (уже подешевели — уже можно и за десятку купить — прим. перев. ) за что-то вроде 20-милливаттного модуля. Очень мощные диодные лазеры на основе линеек лазерных диодов могут стоить десятки тысяч долларов!

    Устройство диодного лазера

    Грубая схема лазерного диода того типа, который встречается в (старых — прим. перев. ) лазерных указках и (многих — прим. перев. ) CD-плеерах показана ниже. Она ни в коем случае не в масштабе. Размер всей конструкции обычно от 5 до 10 мм, но сам кристалл лазерного диода меньше 1 мм в длину. Основной луч в том виде, в котором он выходит из лазерного диода, клиновидный и сильно расходящийся (в отличие от гелий-неонового лазера) с типичной расходимостью от 10 до 30 градусов. Для получения чего-либо подобного параллельному (коллимированному) лучу требуется внешняя оптика. Простая (сферическая) короткофокусная двояковыпуклая линза хорошо работает для этих целей, но диодные лазерные модули и лазерные указки могут использовать линзы как минимум с одной асферической поверхностью (отшлифованную не по сфере, в отличие от самых распространенных линз).

    В случае с образцом, который я извлек из дохлого диодного лазерного модуля, поверхность со стороны лазерного диода была лишь слегка искривлена и асферична, в то время как другая сторона была сильно выпуклой и сферической. Эффективное фокусное расстояние линзы было около 5 мм. Она была похожа на линзу объектива CD-плеера — что, возможно, и было изначальным предназначением этой линзы и таким образом недорогим источником их.

    Из-за природы излучающего перехода, приводящей к клиновидному лучу неравной расходимости (обычно примерно 10 x 30 градусов), лазерный диод в какой-то мере астигматичен. В результате фокусное расстояние, требуемое для коллимации луча по осям X и Y весьма слабо различается. Поэтому требуется дополнтельная цилиндрическая линза или единственная линза с астигматической поверхностью, чтобы полностью скомпенсировать эту характеристику. Однако величина астигматизма обычно невелика, ее можно проигнорировать. Общая форма луча эллиптическая или прямоугольная, но ее можно округлить парой призм.

    Свет таких лазерных диодов с торцевым излучением в основном линейно поляризован. Вы можете легко подтвердить это даже простой лазерной указкой, отразив ее под углом около 45 градусов от куска стекла (не зеркала с металлическим покрытием). Вращайте указку и следите за отражением — будут четко различимые минимум и максимум, когда длинная ось пучка близка к параллельной и перпендикулярной стеклу, соответственно. В качестве дополнительного упражнения определите угол Брюстера. )

    Луч из заднего конца кристалла лазерного диода попадает на встроенный фотодиод, который обычно используется для оптоэлектронной цепи обратной связи, регулирующей ток и тем самым мощность луча. Обратите внимание, что фотодиод скорее всего расположен под углом (невозможно показать в ASCII-картинке), так что отражение от него не мешает работе лазерного диода.

    ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Некоторые законченные лазерные модули могут использовать отражения от внешней оптики вместе с отдельным фотодиодом для стабилизации мощности, поскольку это более точно за счет измерения фактического выходного луча. В таких схемах никогда нельзя пытаться почистить или даже подрегулировать линзу при работе вблизи полной мощности, поскольку это нарушит цепь обратной связи и повредит лазер.

    Чтение характеристик лазерных диодов

    Вот основные параметры, которые перечисляются в справочных листках заводов-изготовителей для маленьких (например, 5 мВт) лазерных диодов. Нижеприведенное относится к видимому лазерному диоду Sony SLD1135VS, типичному для новых (высококачественных, в дешевых используются голые кристаллы — прим. перев. ) лазерных указок и небольших диодных лазерных модулей. Те же характеристики или часть из них указывается и для лазерных диодов большей мощности, но в них обычно нет мониторного фотодиода. И, разумеется, числа могут значительно отличаться.

    Замечание: Некоторые из символов ниже не в точности те, которые имеются в даташите, поскольку их нельзя представить в ASCII. Однако, их значение должно быть очевидным.

    Примечание переводчика: для облегчения понимания даташитов мы оставили как русские, так и английские обозначения величин. Описание параметров приведено ниже:

    • Пороговый ток (Threshold current) — Наименьший ток, при котором имеет место лазерная генерация. Обратите внимание, что минимум не указан — некоторые экземпляры могут начать работать при токе меньше указанного.
  • Рабочий ток (Operating current) — Ток, дающий выходную мощность 5 мВт (в этом примере). Обратите внимание на широкий диапазон — 10 мА. Это причина того, что невозможно просто установить ток резистором или стабилизатором. Весь диапазон выходной мощности от 0 мВт до разрушения лазера покрывается этим диапазоном токов — фактическое поведение зависит от конкретного экземпляра и от температуры.
  • Рабочее напряжение (Operating voltage) — Напряжение на лазерном диоде при указанном рабочем токе. Вероятно, это нужно знать только для того, чтобы иметь возможность получить максимальное рабочее напряжение в вашей схеме. НЕВОЗМОЖНО сделать блок питания лазера на основе одного лишь рабочего напряжения.
  • Длина волны (Wavelength) — Выходная длина волны может отличаться от экземпляра к экземпляру и меняться с температурой. Такие лазерные диоды нельзя использовать как источники образцовой длины волны!
  • Угол излучения (Radiation angle) — Расходимость луча параллельно (горизонтально) и перпендикулярно (вертикально) по отношению к рабочей области лазерного диода. Обратите внимание на большой разброс.
  • Точности линейного и углового расположения (Positional and angular accuracy) — Допуски по установке кристалла в корпусе лазерного диода.
  • Дифференциальная эффективность (Differential efficiency) — Как только порог тока был достигнут, выходная мощность с ростом тока увеличивается очень линейно, ее прирост измеряется в мВт/мА. Однако он сильно варьируется от экземпляра к экземпляру и меняется с температурой.
  • Астигматизм (Astigmatism) — Разница виртуальных точечных источников параллельной и перпендикулярной компонент луча.
  • Мониторный ток (Monitor current) — Чувствительность мониторного фотодиода по отношению к выходной мощности лазерного диода.
  • Справочный листок (даташит) конечно содержит цоколевку (распиновку) и габаритные чертежи корпуса, которые здесь опущены.

    What About High Power Visible Laser Diodes?

    It is possible to buy visible laser diodes capable of a half watt or more:

    I was just browsing Meredith Instrument’s site, and noticed that they have 635 nm diodes rated at 500 mW. Has anyone ever dealt with these things? Looking around on the site, it appears I could put together a half watt red diode laser for under $600, or a 250 mW one for under $400. Is there some catch to using these? The whole setup would be cheaper than a 25 mW HeNe laser.

    Yes. Aside from the ease with which one of those pricey diodes can be blown out due to improper drive, the beam quality is no where near that of even a cheap HeNe laser. It is multimode and very non-circular and astigmatic. The latter can probably be dealt with using some (expensive) optics. However, multimode operation means that these are unsuitable for applications like holograpy or interferometry.

    I have a 500 mW laser diode from Polaroid. 660nm I believe. It needs the heftier driver that Meredith offers — the one that can put out 1000 mA or so. The laser diode is gain guided/multi-mode, rather than index guided/single (mono) mode — so you can pretty much forget any application that would call for any type of coherency or high contrast fringes.

    The output beam profile is basically a line. It is very similar to taking a standard HeNe beam and sending it through a cylindrical lens. (However, on the other hand, I’m wondering if a cylindrical lens would actually help it when used in the other dimension. Or at least bring it to a spot which could be collimated utilizing secondary optics in the path.)

    I’d also like to point out that it’s not a diode to play around with. The optical output at 500 mW is not going to knock any missles out of the sky, but will certainly warrant caution when working with the beam. The beam is much more powerful than it appears at 660 nm due to the eye’s reduced sensitivity at that wavelength compared to HeNe 632.8 nm.

    And Those Really High Power Laser Diodes?

    You may have read about truly high power laser diodes — those putting out WATTs, 10s of WATTs, or even 100s of WATTs from a one diode or an array (bar) of diodes in a single package, or multiple laser diode bars. These are usually near-IR emitters, often at 808 nm. Solid State Diode Pumped (DPSS) lasers are driven by these light sources with some providing upwards of 1,000 WATTs (and the upper limit is climbing as you read this). Also see the section: Diode Pumped Solid State Lasers.

    About those laser diode bars:

    (From: Walter Skrlac (Walter.Skrlac@t-online.de).)

    Bars are a 10 mm wide chip with typically 16 to 24 emitters, each emitter being about 150 microns wide and emitting up to 2 watts of power per emitter. The highest power for solid state laser pumping is 40 watts from a 19 emitter bar. Almost all bars are a single chip, multiple emitter device. I do know that in the beginning days of bars, Siemens produced a 5 watt device consisting of 5 separate 1 watt laser diodes mounted in a row 10 mm long. The individual laser diodes are connected in parallel so you can’t switch them individually.

    The good news is that this technology is developing very rapidly.

    The bad news from our perspective is that there are no really low cost sources, new or surplus, for these diode lasers as far as I know at the present time. However, prices have been dropping rapidly since this was first written. The cost of 1 W 808 nm laser diodes has dropped below $100 new, and with luck, much cheaper from surplus sources and on eBay.

    Actually, it isn’t necessarily the diode itself that is so expensive. A 1.5 W 800 nm diode chip goes for about $10 when they are purchased in reasonably large quantities. However, these are only about 0.5 mm on a side and maybe 0.1 mm thick. Mounting means using low temperature solder and flux to bond the chip to a large heat sink and copper strip (for the two connections — no monitor photodiode, that function must be performed externally). The soldering is best done on a hot plate (to raise the temperature of the heat sink and chip to almost the melting point of the solder), with a fine tip iron for the last few degrees. They have an HR and OC side, and a top and bottom, and thus orientation matters. So, if you have access to a surface mount rework station with a stereo microscope, a steady hand, infinite patience, and don’t sneeze much (which will blow your chips away to never be found again), you could try your hand at the mounting. I have a couple of these diode chips so once I get up the nerve to try this, I will report on success or failure.

    The better way to deal with these laser diodes is to have them already mounted on a heat sink. But now we’re talking about $100s for a single unit. But, for a number of reasons, the best type of high power laser diode to get is probably a fiber-coupled module. Then you don’t have to mess with beam shape issues, the diode is safely tucked away out of harm, and the fiber output can easily be adapted to your favorite crystal shape. Some power is lost in the coupling but it appears as though the specs I’ve seen are similar for the bare diode assembly and fiber-coupled module. Of course, the cost for such a module now appoaches that of a nicely equipped PC. ) For more info, see the section: Anatomy of Fiber-Coupled Laser Diodes.

    Laser diode bars/assemblies of much higher power are available — up to the kW range and beyond. Of course, the prices go up as well. Check out CEO Laser as one possible supplier. They have a wide variety of really interesting items but unfortunately without any prices. Bars can be connected in series to ease the power supply requirements enabling them to be driven with lower current at higher voltage (e.g. a 4 bar configuration would use 8 V at 50 A instead of 2 V at 200 A). With individual chips on a common heat sink, this really isn’t an option.

    Note that most high power diode lasers are near IR — often around 800 nm for pumping DPSS lasers or 830 to 870 nm for thermal platesetters. High power visible laser diodes are much less common and usually limited to less than a watt at 670 nm. Not that this is terrible. )

    If you have your heart set on one of these for your birthday, all I can suggest at the present time is to keep track of what is available surplus and to check with the manufacturers listed in the chapter: Laser and Parts Sources. They do show up on eBay but accuracy of the description and operating conditoin may be unknown. If this is for some sort of academic project with a legitimate research objective, you may be able to obtain a cosmetic reject or one that doesn’t quite meet specs by persistent pleading with one of the laser diode manufacturers. Or, if you can deal with the bare chips, it may be possible to beg a few from one of the companies that produces DPSS laser systems since they use them by the carload, and when purchased by the carload, the cost goes way down.

    Keep in mind that obtaining the diode is only a small part of the problem. To drive them reliably, particularly near their maximum power rating, will require a suitable constant current laser diode driver and proper cooling. However, if reasonable precautions are taken and they aren’t run near their maximum ratings, actually blowing them out totally isn’t nearly as easy as with their low power counterparts.

    And, needless to say, at these power levels, your eyes (and flammable objects) don’t get a second chance — laser safety must be at the top of your list of priorities.

    And Those High Power Pulsed Laser Diodes?

    You may have seen offers of IR laser diodes with 9 W or 14 W or much higher too-good-to-be-true power ratings from various surplus companies. These are pulsed ratings and the power rating is peak. Such laser diodes have been available surplus as part of the laser rangefinder from the Chieftain tank. Since they are actually not that expensive to buy new as these things go (maybe $20 to $100). Unfortunately, while they have nice peak power ratings, the average power ratings are typically only a few mW as they must be run at a very low duty cycle — typically 0.1 percent (1 part in 1,000) or less. Furthermore, the most common wavelengths are between 850 and 910 nm and these aren’t much use for most laser projects (though wavelengths from 780 to 980 nm are available). There isn’t any realistic possibility of efficiently frequency doubling these to visible (though a few blue photons might be possible if focused into a KTP crystal at a funny angle) and the wavelength isn’t useful for pumping common solid state laser crystals. However, they would be suitable for rangefinder or similar applications.

    These laser diodes come in plastic packages that look much like LEDs and thus there is no real possibility of decent cooling. Therefore, power dissipation is one of the major limiting factors. It may be possible to use a lower peak current with a longer pulse width than what’s specified in the datasheet as long as the average power dissipation rating isn’t exceeded. However, with the high threshold current, this probably doesn’t provide much benefit. And, no guarantees of any kind with laser diodes!

    There is some info on driver circuits for pulsed laser diodes in the section: Pulsed Laser Diode Drivers.

    The following assumes a device rated at 16 W peak power, 100 ns max pulse width, 0.1% max duty cycle:

    The absolute limit is the heat stress of the LD chip inside. Under normal conditions, the laser will emit a pulse of the rated 16 W, 100 ns at 10 kHz (200 ns at 5 kHz is the absolute limit) — which is highly recommended for an expected long lifetime of several khours with usual chip degradation. Take this integrated V x I (voltage x current) thermal heat stress as a final constant. If you run with a higher frequency than the rated, but with a shorter pulse width, still never go higher than this constant. If you go higher, the laser pulse power will go down rapidly due to overheating of the LD chip (still reversible, LD is not yet blown) but overall lifetime is shortened. Keep in mind, that the rise and fall time of this LD is typically 1 ns, so you will get the next limit soon.

    Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diodes (VCSELs)

    Most laser diodes up till now (as well as most of those discussed in this document) are edge emitters — the beam exists from the cleaved edge of the processed laser diode chip. These are also called Fabry-Perot (FP) diode lasers since the cavity is essentially similar to that of a conventional gas or solid state laser but formed inside the semiconductor laser diode chip itself. The mirrors are either formed by the cleaved edges of the chip or (for high performance types like those that are very stable or tunable) one or both of these are anti-reflection (AR) coated and external mirrors are added.

    VCSELs, on the other hand, emit their beam from their top surface (and potentially bottom surface as well). The cavity is formed of a hundred or more layers consisting of mirrors and active laser semiconductor all formed epitaxially on a bulk (inactive) substrate.

    This approach provides several very significant technical advantages:

    • Beam characteristics — Much of the behavior of the VCSEL can be controlled or at least affected by selecting the number and thickness of mirror layers and other process parameters. The potential capabilities of this technology to finely tune behavior is hard to imagine. VCSELs operate in a single longitundinal mode but possibly multiple transverse modes.
  • Beam shape and profile — Whereas the typical conventional low power FP laser diode has an emitting area of 1×3 um (they are all long and narrow because the junction where laser action takes place is almost zero thickness), the shape of the emitting region of a VCSEL can be made whatever is desired for the application — even in the form of a doughnut or ring for optimal coupling to the outer part of a multi-mode optical fiber.

    The beam from a typical VCSEL exits from a circular region 5 to 25 um in diameter. Since this is much larger than for the FP laser diode, the divergence of the resulting beam is much lower. And, because it is also circular, no corrections for asymmetry and astigmatism are required — a simple lens should be able to provide excellent collimation.

  • Lower lasing threshold and drive current — A typical telecom or CD laser diode may have a threshold current of around 30 mA while a VCSEL with similar output power may require only 1 or 2 mA! This results in lower electrical power requirements, potentially faster modulation, simpler drive circuitry, and reduced RFI emissions. VCSELs are also more robust in terms of power supply drive. Current control is generally sufficient and there is no need for optical feedback using a monitor photodiode to prevent destruction as with most low power edge emitting laser diodes where COD (Catastrophic Optical Damage) can occur in a ns as a result of the peak optical power at the 1×3 um output facet. With VSCELs, the emitting area is much larger so COD isn’t nearly as significant a problem.
  • Implementation of VCSEL arrays becomes trivial. All that is required is to dice up the wafer into blocks of adjacent good VCSELs and package these as a single unit. The packing density of such devices can be an order of magnitude higher than for FP laser diodes (see below). This is a significant advantage for constructing high speed optical busses and interconnects.
  • There are also numerous manufacturing and cost advantages:

    • Smaller size — Unlike the FP cavity of an edge emitting laser diode which is 250 to 500 um in length, the entire size of a VCSEL is limited by the dimensions of the emitting region and space for electrical contacts. Thus, the die for a complete VCSEL can potentially be only slightly larger than the beam size! Currently available devices with a 25 um circular beam are about 100 um on a side but this can certainly be reduced to 50 um or less. Smaller size can translate into a larger yield per wafer and lower costs as well a higher packing densities for laser array applications.
  • Simplified manufacturing — FP laser diodes must be diced up (and possibly even mounted) just to determine which are good and which are bad. They cannot be tested at all when part of the original wafer since the edges haven’t been cleaved yet. This is an expensive time consuming process and results in a lot of wasted effort and materials.

    On the other hand, an entire wafer of VCSELs can be tested as a unit with each device evaluated for lasing threshold and power, and beam shape, quality, and stability, It is possible to form millions of VCSELs on a single wafer as a batch process and then test and evaluate the performance of each one automatically. The entire wafer can be burned in to eliminate infant mortalities and assure higher reliability of the final product. Each device can then be packaged or thrown away based on these findings.

  • Simplified mounting and packaging. Virtually the same equipment that is used for final assembly of devices like other ICs can be used for VCSELs since they are attached flat on the package substrate and shine through an window like that of an EPROM (but of higher optical quality) or merged with an optical fiber assembly as required. Since the active lasing semiconductor and mirrors are buried under the top surface layers, a hermetic seal is unnecessary. VCSELS can use inexpensive plastic packaging and/or be easily combined with other optical components as a hybrid or chip-on-board assembly. All this further contributes to reduced cost.
  • VCSEL technology is in its infancy and its potential is just beginning to be exploited. Quite possibly, VCSELs will become the dominant type of laser diode in the future with capabilities so fantastic and costs so low as to be unimaginable today. There is some technical information at the following sites:

    For a general review article, see: The Ideal Light source for Datanets, K.S. Giboney, L.B. Aronson, B.E. Lemoff, IEEE Spectrum V.35 (2) p. 43, Feb 1998.

    If you want to play with VCSELs, bare chips, packaged chips, and even VCSEL arrays are available from various laser suppliers and prices aren’t totally rediculous. For example, see Roithner Lasertechnik’s VCSEL Page. Available wavelengths are currently 780, 850, 980 nm, but wavelengths beyond 1,300 nm are available from other suppliers and the range is being extended in both directions.

    If you suspect that one of your laser diodes might be a VCSEL without admitting it, just check the raw beam pattern. The output of a VCSEL will be fairly symmetric while that of an edge emitting laser will typically have a 4:1 angular spread as discussed above.

    There is also something called a Resonant Cavity LED, which in essence places an LED junction between mirrors. Some of these efforts result in stimulated emission with the appearance of a longitudinal mode structure, but not enough gain to reach lasing threshold. However, I’m not sure if these structures differ from VCSELs in any fundamental way. See, for example: Stimulated Emission from InGaN-Based Resonant Cavity Light Emitting Diodes.

    Optically Pumped Semiconductor Laser (OPSL)

    Nearly all semiconductor lasers are powered by electrical current through the gain medium. However, for certain materials, it’s also possible to use another laser to optically pump it. This has some significant advantages in terms of controlling transverse and longitudinal modes and beam shape.

    The first commercial OPSL was the Coherent, Inc. Sapphire, a replacement for low power argon ion lasers at 488 nm. (I think the use of Sapphire is unfortunate as this has absolutely nothing to do with the Ti:Sapphire laser with which it may be confused.) The Sapphire is a Vertical External Cavity Surface Emitting Laser (VECSEL), but one that is optically pumped. (Also see the next section.) The resonator is in many ways similar to that of a frequency doubled Diode Pumped Solid State (DPSS) laser but with an InGaAs quantum-well semiconductor instead of a laser crystal as the gain medium. It is pumped by a high power 808 nm laser diode and lasing at the fundamental IR wavelength of 976 nm. This is intracavity doubled to 488 nm.

    Go toe Coherent. then Lasers and Systems, OPSL for more information.

    One beauty of the OPSL approach is that with an appropriate choice of material and doping, the basic gain medium — the semiconductor disk — can be designed to lase at most or all of the range from 635 nm to 1,500 nm and beyond. (The UV/blue area is probably not viable yet). Thus, this entire range of wavelengths as well as one half the wavelength (frequency doubled or SHG), and possibly higher harmonics are available with the beam characteristics of a solid state laser. This technology may also be called a Semiconductor Disk Laser.

    Several other companies are developing lasers using a similar approach and systems at many wavelengths — including those in the yellow/orange no laser land zone — are now available or will be in the near future. And, apparently, some companies call their OPS lasers DPSS even though strictly speaking, they aren’t solid state in the traditional sense. There are a couple of ways of telling if a DPSS laser is really solid state:

    • If the wavelength of the laser isn’t a fundamental or doubled vanadate, YAG, YLF or other popular solid state laser crystal line, or one of the common sum-frequency mixing wavelengths (e.g. 593.5 nm), then it’s a frequency doubled semiconductor-based laser.
  • If the wavelength and/or linewidth is specified as more than a tiny fraction of a nm. Since the lasing wavelength of semiconductors is determined to a much greater extent by the material composition and temperature, a 488 nm laser is probably not going to be exactly 488 nm but can vary over a range of a nm or so.
  • The first is the extended cavity semiconductor laser like the optically pumped Coherent Sapphire, but they may also be electrically driven like a normal laser diode (so only one laser instead — no pump diodes), and mentioned in the next section. However, many companies are now using a directly doubled diode approach — a laser diode feeding a doubler crystal outside the laser cavity, possibly periodically poled lithium niobate (PPLN) or KTP (PPKTP). This is probably not efficient enough to be practical for high power lasers, but for a 10s of mW, it’s much simpler.

    Vertical Extended Cavity Surface Emitting Laser (VECSEL)

    This is very similar to the OPSL, above, but uses electrical pumping similar to a conventional edge-emitting laser diode or VCSEL. However, the extended cavity allows frequency doubling to be performed much like in the OPSL with an external OC mirror and intracavity non-linear crystal. These lasers are direct competition to the OPSL and not surprisingly, have been introduced with similar wavelengths and output powers. One company that was a leader in this area was Novalux

    Two relevant patents (listed on a Novalux laser) are:

    • U.S. Patent #6,243,407: High Power Laser Device
    • U.S. Patent #6,404,797: Efficiany High Power Laser Device

    But Novalux seems to have ceased production of these lasers as end-user products and are concentrating on OEM applications like light sources for large screen TVs and portable projectors. The Novalux Web site is gone. However, there is an overly fluffy Web site for NECSEL with information on the technology and applications. It’s not clear how much of it is real though. But imagine buying replacement multi-watt RGB laser modules at consumer electronics prices or salvaging them from broken TVs. ) And other manufacturers are developing similar technology, so there will be competition.

    This is a 5 mW (rated), 488 nm laser system. One configuration is shown in Novalux Protera 488-5 NECSEL Laser System 1 consisting of the laser head, a lab-style controller, and a 5 VDC power pack. In addition to the laser head connector, there is also a socket for an interlock (just a shorted 1/8 mono phone plug), and a DATA connector. There are also 5 LEDS: Power, Temperature Lock, Laser On, Laser Lock, and Error. I could not find anything like RS232 levels on the DATA connector, even though it only has pins 2 and 3 wired to the main PCB, and pin 5 to Ground. This suggests that it is intended for RS232, though these controllers have it receive-only, dead, or never enabled. I would have expected a negative voltage on pins 2 or 3 but they both read 0 V, though they are connected to something (from ohmmeter checks). Except for the Laser Head connector, everything else is on a mezzanine PCB that attaches to the main PCB via power and signal cables.

    Other configurations include at least two different types of OEM controllers. One is a shorter silver box with no LEDs or switches, but with a Molex connector labeled DATA. See Novalux Protera 488-5 NECSEL Laser System 2. The main PCB inside is identical (except possibly the revision) for the two controllers. For the lab controller, the Power and Data connectors are replaced by the inter-PCB cables.

    The pinout of the 10 pin Molex connector called DATA on the small controller and the similar Molex connector between the main and mezzanine PCBs in the lab controller is as follows:

    Unfortunately, although the inter-PCB connectors are the correct type, their sex is wrong! So it isn’t possible to simply swap in the mezzanine PCB to the small controller to test it. Why did they do that? However, all that should be needed is to jumper the Interlock pin to Ground. (And indeed this seems to have the expected effect, more below.)

    The third type of controller is a black box with a switch labeled TEC/Off/On. See Novalux Protera Laser Controller Type 3 3 but that’s kind of a pain to do everywhere!) uses a single mode 860 nm laser diode feeding an external resonant doubling cavity to generate a perhaps up to 30 mW of output at a wavelength of 430 nm. According to the specifications, the output is single frequency (single longitudinal mode) with a coherence length of around 6 meters, making it suitable for holography and other similar applications.

    The D3 was developed in the late 1990s when there were no low cost (relatively speaking!) ways of generating 430 nm. This must be the most complex low power laser ever attempted and apparently never worked quite right. It must have also cost a fortune to develop and then technology passed it by since it’s now possible to obtain 430 nm directly from a GaN laser diode, or from a frequency doubled optically or electrically pumped external cavity vertical surface emitting laser diode, both of which are considerably simpler technologies to reproduce (once all the hard research and development has been completed!). (See the sections starting with: Optically Pumped Semiconductor Laser (OPSL) .)

    For a long time I believed the D3 never went into production at all, but apparently it did, or almost did as I have a couple samples that are definitely beyond the prototype stage — nice control electronics with no cuts and jumpers on the PCBs, and an optics construction technique that is very similar to that of the C532.

    The complexity arises from the need to precisely match the doubler cavity resonance to the wavelength of the 860 nm laser diode as well as phase matching the doubling crystal and maintaining all of this stable for a useful amount of time! Of the 2 of these I know of that work, both are temperamental.

    D3 Photos

    Here are some photos of the actual hardware:

    Next, the electronics:

    Note the 9 pots on the control PCB and 4 pots on the top of the RF PCB. There are 2 more pots on the underside of the RF PCB. The good news is that they are all labeled! And there are no microcontrollers. )

    Now for the good stuff, the interior of the optics assembly. The annotation is what we know at present:

    There is a collection of photos from an early end-user D3 at Ben’s Coherent D3 430-10 Gallery Page. It’s quite obvious that the laser I have is of the same heritage as his, but has been extensively refined in terms of the electronics and optics. And Ben’s is almost certainly a prototype based on the extensive rework that is evident in the photos.

    Principles of operation

    As best as I can determine so far, here is how it works: The Laser Diode generates about 100 mW of 860 nm with a single spatial mode. Beam correction optics generate a beam that is well mode-matched to the doubler cavity. The Optical Isolator assures that there will be no back reflections into the laser diode to destabilize lasing. A low level RF signal modulates the amplitude of the laser diode output. The Laser Diode is temperature controlled both to keep it cool and to fine tune the wavelength.

    The resonant doubler consists of 4 mirrors in a bow-tie configuration with a MgO:LiNbO3 frequency doubling crystal heated to approximately 107 on its own TEC in the upper path. The High Speed IR Sensor (photodiode, but note the rigid mini-coax connection) monitors the reflected beam from the entrance mirror of the cavity. A synchronous demodulator (lock-in amplifier or phase sensitive detector) then uses the PZT to maximize to tune the cavity length to maximize the intra-cavity IR beam power.

    The temperature of the doubling crystal is optimized to provide the proper phase matching for maximum blue conversion.

    Note that while the bow-tie cavity has the topology of a ring, it has no gain and thus is inherently unidirectional based on how the input beam is introduced, in this case resulting in right-to-left travel in both horizontal legs. Thus, assuming that the OC mirror (upper left) is high transmission for 430 nm, the blue light builds up in power from right-to-left inside the doubling crystal and exits the cavity without reflecting from any mirrors. So the cavity only needs to be resonant for 860 nm to maximize the intra-cavity IR power, and thus the blue power. It’s possible that the component labeled Low Speed IR Sensor monitors the intracavity IR power via its leakage through the upper right mirror. This all requires fancy footwork because the IR power will decrease as a rsult of optimum phase matching in the doubling crystal, and thus maximum blue light.

    In some ways, this is similar to the operation of the Lightwave Model 142 laser with its resonant doubler. But that doubler is a monolithic crystal whose temperature increases with the amount of intra-cavity power. Thus, the tuning must be approached from one direction to catch and ride the wave, so to speak, as the intra-cavity power builds up. Here, the only part of the bow-tie cavity that will be affected is the doubling crystal itself, which is relatively small as far as its effect on the cavity length. So, simply peaking the blue power may be sufficient, rather than the more complex algorithm of the LWE-142. (For more information on the LWE-142, see the section: Lightwave Electronics 142 Green DPSS Laser.

    Possible feedback loops:

    1. Laser Diode current for power control. RF modulation to provide power (and wavelength?) dither.
    2. Laser Diode temperature for cooling and wavelength control.
    3. Optical Isolator temperature.
    4. Resonant Doubler Bow-Tie Cavity length to resonate at 860 nm. (Maximize intracavity 860 nm power.)
    5. Doubling Crystal temperature to phase match at 430 nm. (Maximize 430 nm output.)

    Power

    Powering the OEM D3 laser is very straightforward — just 4 DC power supplies to the small white connector (J2 PWR).

    Since this isn’t a high power laser, the current requirements are relatively low, though finding an inexpensive commercial power supply with all 4 voltages may be a challenge. Deriving the -5 VDC from the -15 VDC supply with a 3 terminal regulator may simplify this. The only problem is that the connector isn’t that common. The PCB connectors are Molex right angle fully shrouded headers, series 5268NA, part numbers 22-05-7155 (J1, 15 pin) and 22-05-7155 (J2, 8 pin). The mating connectors are Molex part numbers 50-37-5153 and 50-37-5083, respectively. The crimp pins are Molex part number 08-70-1040. These are all available from Mouser.

    Control and status

    J1 provides several signals required to run the laser as well as feedback on its operating condition and state of health:

    The minimum connections to get the laser to operate are to jumper pins 1 to 2 (Interlock) and pins 5 to 9 (Automatic Cavity Relock). To check diode health, monitor between pins 7 (EoL signal) and 7 (GND). When new, this voltage should be several volts positive, declining as the diode ages. 0 V is considered end-of-life, though the laser may not actually lose lock until it goes somewhat negative. For a diode near end-of-life, as the laser warms up, the EoL voltage will oscillate slightly as the cavity expands as a result of mode sweep and the controller resorts to increasing diode current to maintain lock. The p-p amplitude may be up to 1 V or more with a time scale of 10s of seconds.

    There are also many test points on the PCBs, most of them labeled.

    Main Control PCB Pots

    Main Control PCB DIP switches

    Main Control PCB LEDs

    During startup, all LEDs come on initially, then they go out in the same order as they are listed above. When the laser is operating correctly, there should be no lit LEDs.

    RF PCB Pots

    Tests of a D3 laser

    I have two of these lasers. One was known to have an annoying rattle and so I didn’t expect that to work at all. The other was rattle-free, so there was potential for it to do something. However, initially, both behaved exactly the same: All 5 LEDs came on initially and then the LDI LED went out after about 30 seconds. Nothing else happened no matter how long the system was powered. So, the laser cavity with the rattle was opened and found to have had its glass substrate cracked in two places, not unexpected since the metal cover was very well bashed on one corner. The interior photos are of essentially that laser cavity. Amazing what a bit of MSPaint will do to cracks. )

    But then I noticed something strange on the other laser: There was a shorting plug on the center coax, which is in parallel with the laser diode. This wasn’t present on the smashed one I had been examining. It was likely there to prevent static damage or something. But of course, it would prevent much of use from happening as well. Once the plug was removed, that laser produced some very nice blue light almost immediately after the LDI LED went off (which means that the laser diode is on). The output power went in cycles from dim to bright over a minute or so, but would not lock. However, the only LEDs now on were PM and LL. The output power simply climbed to a maximum and fell back to a low level. These lumps were perfectly symmetric (unlike the behavior of the LWE-142).

    So, I figured that perhaps the laser was unable to achieve the default maximum power. There is a way to control power, at least from full to one half power via a 0 to 5 V input. When that was attached to a variable DC power supply, it was indeed possible to reach a point where the bright blue output could be maintained and the PM LED then went out as well. However, it isn’t stable based on meter readings. It may be fluctuating by 50 percent but maintaining an average of over 3 mW. Since these are 10 mW (rated) lasers, perhaps the peaks hit 5 mW. So far, adjustments of NLOTS and LDT have had little effect. Increasing LDIS (the laser diode current) does allow the average output power at which the laser maintains some degree of lock to be slightly higher, but not enough to be worthwhile given how close it is already running to the rated laser diode current. Under no conditions have I been successful at getting the LL LED to go out.

    CAUTION: Later I found a jumper labeled: 1/2 Pwr. This indeed does result in the laser behaving the same way as with the pot set at 5 V by connecting the +5 VDC power supply directly to the power control input pin when installed! So, if there is also a pot for power control, turning it fully to 0 V shorts out the power supply! Couldn’t they afford a 0.1 cent isolation resistor. )

    More to come.

    Laser Diode Light Bulbs?

    Consider: Some commercially available high power laser diodes have an overall conversion efficiency — electrical power in to optical power out — of over 50 percent. Current research is attempting to boost this past 80 percent.

    Now, if all the light bulbs in the World were replaced with these high efficiency laser diodes mass produced in visible wavelengths, the the energy crisis — at least with respect to electrical generating and transmission capacity — would be over (or at least greatly reduced as a here and now crisis), since it’s been estimated that 50 percent of electricity usage goes into lighting and most of this is presently highly inefficient. Incandescent lamps are only about 5 percent efficient; halogen lamps around 7 to 10 percent; and fluorescents, about 15 to 20 percent. High brightness LEDS suitable for lighting applications are advancing but are currently somewhere around halogen lamps in efficiency (though under some conditions, LEDs at low power may exceed 25 percent efficiency). But, it’s unlikely that the LED could even match the laser diode due to the basic physics.

    A side benefit of mass produced laser light bulbs might be that hobbyists’ access to high power lasers would be greatly improved. )

    Before you say that it would be too dangerous to have every table lamp using a high power laser, it would be a relatively simple matter to mold a diffuser onto the laser diode in such a way that it would be virtually impossible to disassemble (sorry hobbyists but maybe if we lobby hard enough, a special tool could be made available!) and then wouldn’t be any more dangerous than a common light bulb.

    Aside from reducing the cost of high power laser diodes by about 3 or 4 orders of magnitude, wavelength is a definite stumbling block that still needs to be overcome before any of this could be practical. Either red, green, and blue laser diodes will need to be combined in a single lamp assembly to produce something approaching white light or a combination of high efficiency phosphors will be needed to convert near-UV to visible light. One can envision a lighting panel in standard sizes like 2×2 or 2×4 feet that replaced fluorescent ceiling fixtures but used less than 25 percent of their power. Or, CLLs (Compact Laser Lamps) that replaced incandescent or compact fluorescent lamps. Needless to say, high power multicolor or UV laser diodes do not presently exist but a market measured in billions of units compared to current usage of 10s of thousands could provide a lot of incentive to develop them. )

    On-line Introductions to Diode Lasers

    There are a number of Web sites with laser information and tutorials.

    • One of the best so far is the CORD Laser/Electro-Optics Technology Series, Cord Communications, 324 Kelly Drive, P.O. Box 21206, Waco, Texas 76702-1206.

    In particular:

    • Module 3-11 Semiconductor Lasers — goes into considerable detail on the theory as well as some more practical information related to diode lasers.
  • Module 4-6 Diode Laser Power Supplies — covers the general requirements and includes some nice block diagrams and sample circuits.
  • See the section: Онлайн-введения в лазеры for the current status and on-line links to these courses, and additional CORD LEOT modules and other courses relevant to the theory, construction, and power supplies for these and other types of lasers.

  • MEOS GmbH is a developer of laser educational materials and equipment (among other things). Their Download Page had the lab/study manuals for their courses on a wide variety of laser related topics. While designed to be used in conjunction with the laboratory apparatus which they sell, these manuals include a great deal of useful information and procedures that can be applied in general.

    Several modules would be of particular interest for diode lasers. Unfortunately, the on-line manuals (in PDF format) have disappeared from the MEOS Web site. But I have found and archived most of them:

    If MEOS should complain, these will have to be removed. So, get them while you can! But I doubt they’ll complain. And most are also archived at the Wayback Machine Web Site.

  • Also see the section: General Laser Information and Tutorial Sites for other sites that may be worth visiting.
  • Additional Laser Diode Information

    Here are some Web sites that may be of interest:

  • Melles Griot. Go to Downloads, Technical Literature About. , Lasers. (Includes laser diode characteristics, correction, optics.)
  • Power Technology, Inc.. Go to Resource Library, White Papers. (Includes Laser diode beam characteristics)
  • ILX Lightwave Technical Library. The application notes include several general laser diode related documents with info on pulsing laser diodes, protecting laser diodes, mode hopping, 670 nm laser diode characteristics, etc.
  • Light-Emitting Diodes (LED) Basic structure of LEDs and laser diodes, principles of operation, as well as diagrams and photos, include two borrowed from here. )
  • Some very good basic information about laser diodes is provided in of all places, manufacturer’s catalogs. ) Try companies like Mitsubishi, Fujitsu, Hitachi, Sharp, Sony, NEC, etc. They have introductory sections at the front or the back of their laser diode catalogs. Just call the and ask for a laser diode catalog. Much of this is now on-line.

  • K3PGP’s Laser Diode Specifications maintained by K3PGP (Email: k3pgp@qsl.net). (This is a version of the old Thorlabs info and hasn’t been updated in quite awhile.)
  • Beam Characteristics, Correction, Comparison with Other Lasers, Noise

    Beam Characteristics of Laser Diodes

    Unlike the helium-neon and other common gas lasers (as well as most other types of lasers), the raw output beam from an edge emitting (also called Fabry-Perot or FP) laser diode (the most common and until recently, only commercially available types) is highly divergent and suffers from two asymmetries: astigmatism and an elliptical beam profile. The beam is also inherently linearly polarized. These all follow directly from the shape of the emitting aperture of the edge emitting laser diode end facet which is highly elongated rather than circular.

    • Low power edge emitting diodes usually operate in a single spatial mode for both axes. Edge emitting diodes more than about 100 mW are almost always multiple spatial mode in the slow (horizontal) axis, single mode in the fast (vertical) axis. Although it may take some effort (see below), a single mode diode can be focused or collimated with diffraction limited performance in both axes. This isn’t possible even theoretically for a the slow axis of a multimode diode.
  • The dimensions of the end-facet for a typical small index guided laser diode are around 1 um x 3 um. However, for a high power gain guided laser diode, the long dimension may be 10 or even 100 um or more.

    The divergence angle (half of total), Theta, (in degrees) is given by:

    At a wavelength of 670 nm, this works out to about 48 x 16 degrees for a 1 um x 3 um emitter and 48 x 0.48 degrees for a 1 x 100 um emitter (compared to around 0.05 degrees for a 1 mm diameter beam from a 632.8 nm helium-neon laser). However, since laser diodes with 100 um emitters are always multiple spatial mode, this low value of divergence will never be seen in practice. Such diodes tend to have similar divergence to that of single mode emitters.

    Note that since at least one of the dimensions of the end-facet is close to the wavelength that the laser diode emits — it may even be smaller — this simple equation is not very precise but typical low power laser diodes do produce beams with a divergence of around 10 x 30 degrees.

    Laser diode divergence will generally be given in terms of the Full Width Half Maximum (FWHM) in terms of output power, or T full width. At the 10% level, this may be more like 70 or 80 degrees than the 30 degrees in the specifications.

  • This asymmetry in the X and Y dimensions of the emitting end-facet results in a beam with an elliptical profile. Sometimes this may be described as wedge-shaped. Instead of a point or circular source, it is a line or rectangle. If you focus a laser diode (or laser pointer), the result will be elongated. Due to slight differences in manufacture, the precise angles will not be exactly the same even for various samples from the same batch of laser diodes!
  • The slight astigmatism of the laser diode follows directly from the unequal divergence. Tracing the beam in the two dimensions back to an imaginary point source, it is easy to see that the location of this point source depends on the divergence angle — it is close to the facet for the wide divergence beam and further back for the narrow divergence beam. The difference between these two locations is the specified astigmatism for the laser diode. For a 5 mW laser diode, an astigmatism of 40 um may be typical. As expected, the astigmatism for a high power laser diode is likely to be much larger than for the small CD player or visible types.
  • The beam from edge emitting laser diodes is generally linearly polarized. Typical values for the polarization ratio of index guided laser diodes are 50:1 to 100:1 and 30:1 for wide stripe laser diode arrays (compared to at least 500:1 for a common linearly polarized HeNe laser) with the electric field vector oriented parallel to the laser diode junction. The polarization ratio is somewhat lower near the lasing threshold where there is significant contribution from spontaneously emitted light which is randomly polarized.
  • For more information (and some medium weight math) on the beam characteristics of common laser diodes, check the Power Technology, Inc. Go to Resource Library, White Papers.

    There are ways of correcting for all of these artifacts with a single special lens close to the laser diode itself. For example, Blue Sky Research offers combined laser diodes and microlenses which they claim perform as well as larger more expensive diode laser modules using various discrete lenses and prisms to implement the beam correction.

    Note that VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser diodes) need not suffer from astigmatism and/or an elliptical beam profile since their emitting aperture can be made to be perfectly symmetrical. I would also expect them not to need to be polarized for this reason as well. See the section: Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diodes (VCSELs).

    Measuring Laser Diode Beam Characteristics

    (From: Gregory J. Whaley (gwhaley@tiny.net).)

    At Philips we used three difference techniques to measure astigmatism in laser diodes:

    • Collimate the beam and measure the total wavefront error using an interferometer (like what Wyko sells), then mathematically extract only the astigmatism portion from the total wavefront error. Perhaps this is the most difficult method.
  • Collimate the beam and send it to a shearing interferometer to measure collimation in one axis, and then rotate the interferometer 90 degrees and move the laser diode (a few microns) to re-collimate the beam. This was a routine measurement upon which we relied day in and day out. You can buy shearing interferometers these days (e.g. the ThorLabs Collimeter). We had to make our own back then.
  • Focus the beam down to a spot and use the Photon Technologies spot scanner to measure the physical astigmatic distance. They have an application note about this.
  • Not surprisingly, each technique would give slightly different numbers. -)

    Correcting for Unwanted Laser Diode Beam Characteristics

    The following applies to single spatial mode laser diodes like those in laser pointers and laser diode modules. With these, both axes may be corrected to diffraction limited performance. These are generally low power laser diodes, up to about 200 mW (though not all are single mode).

    Without any type of correction, the output of a bare laser diode is more like that from a mediocre flashlight than what is normally thought of as a laser source. Some optics are needed to produce a reasonably well collimated beam (like the one from a cheap laser pointer) and more sophisticated optics are needed to provide optimal beam quality (which can be very good indeed). Of course, depending on the particular application, one or more of these so called ‘defects’ may actually be considered desirable.

    • Divergence — A positive (convex) lens can be used to produce a collimated or focused beam. However, without further correction, the beam profile will be elliptical or wedge shaped (rather than circular) and the focal distances in X and Y will not be the same due to the laser diode’s astigmatism.
  • Elliptical beam profile — A pair of wedge-shaped prisms can be used to circularize the spot shape. By adjusting the relative orientations of the two prisms, it is fairly easy to effectively correct correct for this beam characteristic.
  • Astigmatism — A weak cylindrical lens in the beam path will fully correct for the astigmatism of the laser diode or this function can be combined into a single collimating or focusing lens. For a custom setup, the latter approach could be much more expensive since the lens would need to be ground to an astigmatic figure to match the divergence and astigmatism of the laser diode. However, the mass-produced molded plastic lenses in CD players and similar devices can be of this type since the costly grinding only needs to be done once (to make the mold) and this then saves an element in the final optical system.

    An alternative technique, apparently used in many optical pickups, is to pass the beam through a thick optical plate having parallel sides at an angle (actually combined with the 45 degree beamsplitter mirror when used for this application). This component has a very significant astigmatic effect whose magnitude is easily controlled by selecting the thickness or adjusting the angle of the plate. In the optical pickup, it is used to add astigmatism for the focusing servo but can just as easily be used to eliminate it. See the document: Notes on the Troubleshooting and Repair of Compact Disc Players and CDROM Drives for more information on optical pickup characteristics.

  • Still another approach which will correct for the elliptical beam profile and astigmatism all at once is to couple the beam into a single mode optical fiber using two short focal length lenses. With a sufficiently long fiber (well, relative to the wavelength), the output beam characteristics will be entirely determined by the quality of the output face of the fiber. Then, a simple collimating lens can be used.

    Whatever type of external optics are added, take care that significant power isn’t reflected back into the laser diode itself. This can destabilize the lasing process as well as fooling the built-in photodiode into thinking the output power is higher than it really is causing the optical feedback circuit to reduce it.

    Some additional comments are provided below:

    (Portions from: Mark W. Lund (lundm@physc1.byu.edu).)

    A simple short focal length lens will collimate the beam. However, laser diodes tend to be astigmatic which means that you will have one axis collimated at a different focus than the other. A typical value for this astigmatism is 40 microns. A cylindrical lens in addition to the spherical collimating lens or a special lens designed for this purpose can correct this but may not be needed for non-critical applications.

    Any camera lens will be able to produce a reasonably well collimated beam (subject to the astigmatism mentioned above). Put the laser diode at the focal point of the lens. If you want the type of narrow beam produced by a HeNe laser, you need a short focal length lens, such as a microscope objective. A good compromise between cheap and short focal length would be an old disk camera lens. These cameras can be found at thrift shops, garage or yard sales, and flea markets for a couple dollars or less.

    The longer the focal length the larger your beam will be, but the less effect the astigmatism will have. The diameter of the beam will be the size of the aperture of the lens (in which case you are throwing away light) or the size of the beam at the distance of one focal length, whichever is less.

    One thing to note is that the laser diode actually has two apparent point sources. One for the wide axis of the beam and another for the narrow axis. This means that the lens must be more like two crossed cylindrical lenses with different focal lengths. There are different types of laser diodes with varying degrees of this so that some are easier to to design lenses for. There probably are types, by now, where there aren’t two.

    I think of it like this (right or wrong). The astigmatism has two components. One is the difference in divergence between the two axes. I think this can be even if there is ONLY one apparent point source. It is just a point source with an oval aperture letting light through. The other is the different apparent point sources for the two axes.

    Laser Diodes with Built-In Beam Correction

    Laser diodes are also available with the corrections built in. Check out the Circulaser(tm) from Blue Sky Research. These look like any other 3 pin bare laser diode in a standard 5.6 or 9 mm package but produce a nearly circular diffraction limited beam requiring no additional beam aberration correction for many applications. Their divergence is also much less than that of a typical normal laser diode (8 degrees typical) easing the requirements of additional collimating or fiber coupling optics and capturing more of the available optical output power. Complete specifications and a photo of a typical device can be found at their Web site.

    I have tested a Blueskyresearch PS106 (now discontinued but similar to the VPSL-0655-007) which is a 650 nm, 7 mW Circulaser(tm). The beam is indeed nearly perfectly circular with a divergence of about 8 degrees FWHM — less than that of the lower divergence (slow) axis of the typical bare laser diode. For datasheets, go to Blueskyresearch. then Semiconductor Laser Products.

    Aside from the convenience of not having to worry about their funny beam shape, putting a microlens next to the laser diode itself results in much more of the light being used compared with what gets through inexpensive external optics. With the typical collimating lens used in laser pointers and diode laser modules, as much as 40% or more of the light from the diode may be wasted largely due to its high divergence in the fast axis (30 or 40 degrees total at the half power point, perhaps twice this at the 10% point) — a very significant fraction gets blocked by the small aperture of the collimating lens.

    Laser Diodes with Built-In Drivers

    Some manufacturers are now (end of 2006) offering laser diodes in normal laser diode packages (9 mm, 5.6 mm, and even a tiny 3.3 mm) with an integral APC (Automatic Power Control) driver. Thus, all one needs to do is supply power to produce a constant output power beam. These also avoid many of the handling issues of normal laser diodes since the silicon-based driver chip isolates and protects the laser diode itself from ESD and overcurrent. Depending on version, these may be connected directly to a DC power supply or battery for a fixed output power, or with a capacitor and resistor for variable output power.

    One supplier is Creative Technology Lasers. They even have a super miniature collimated diode laser module only 4 mm (less than 1/6th of an inch) in diameter which connects directly to a 3.3 VDC power source. Check out their LS series of diode laser modules.

    Given the many advantages of this approach, I wouldn’t be surprised if it becomes most common for visible laser diodes used for applications like laser pointers and barcode scanners.

    Beam Correction for Multimode Laser Diodes

    These are generally higher power from 100 mW to many watts. They produce a diffraction limited beam in the fast axis direction (perpendicular to the output facet) but a multimode top hat profile in the slow axis direction (along the facet or stripe). Thus diffraction limited correction is possible for the fast axis but the slow axis is limited to what can be done with geometric optics.

    So for the fast axis, two lenses will produce a diffraction limited collimated beam. A very short focal length cylindrical lens is placed almost touching the diode to reduce the typical 40 degree divergence of the raw diode to a few degrees. This is usually a very thin rod lens or piece of fiber core. A second conventional lens is then used to control the beam diameter and collimation. Note that to only affect the fast axis, this would also be a cylindrical lens.

    For the slow axis, an anamorphic prism pair may be used to expand the beam followed by a lens to collimate it. With care in the design, that second lens can be the same spherical positive lens for both axes. But you can also do it with separate cylindrical lenses. A pair of cylindrical lenses can be used in place of the anamorphic prisms

    There are many other ways of doing this. For example, the output of the can have just the initial fast axis correction using a fiber lens and then be coupled directly into a multimode fiber. The output of the fiber core is then used as the source for a projection lens. But there may be annoying variations in granularity or speckle with any bending of the fiber, temperature changes, vibration, etc.

    Coherence Length of Laser Diodes

    The party line has generally been that internal cavity Fabry-Perot (a fancy name for the usual side-emitting type) laser diodes have coherence lengths on the order of millimeters. Such claims are based at least partially on a comparison with other much larger lasers where the coherence length is usually on the order of the physical length of the cavity. Laser diode chips are a fraction of a mm on a side. Thus, very short coherence lengths were expected.

    However, this general rule appears not to apply for all laser diodes including those in many common diode laser modules and even cheap ($9.95) laser pointers. These are now being used routinely for experiments in interferometry and even holography. While their stability over time (e.g. wavelength drift and susceptibility to mode hopping) — is probably less than stellar, over the short term, coherence lengths of 20 cm or more are not unusual. This is similar to that of a typical helium-neon laser.

    The 1970’s grade pulsed laser diodes have coherence lengths of 500 microns or so. Modern CW single mode diodes have coherence lengths of meters. I once asked Don Scifries why they had such long coherence lengths compared to gas lasers with much larger cavities and he referred me some papers. The impression that remains after 13 years is not that laser diodes are so good, but that HeNe Lasers are so bad. Line width of a typical 780 nm CD laser can be 10s of kHz.

    **Crudely**, a CW laser will go SLM (Single Longitudinal Mode) spontaneously if the mode separation exceeds the *inhomogeneous* linewidth. The homogeneous linewidth can exceed the mode separation because inter mode competition suppresses the other modes CW. But if mode than mode falls within an inhomogeneous width, and is above threshold, all may oscillate as they do not compete.

    The coherence length of a HeNe laser is a simple matter: inhomogeneous linewidth set by Doppler broadening, mode separation set by length, usually a few modes run (or it would power cycle badly) so coherence length is approximately the cavity length divided by number of modes. When it goes single mode (but, unless stabilized, very unstable power output) the coherence length is typically huge. *AND* the absolute frequency is then pretty stable, within half a mode spacing of the atomic line. Simple HeNes are so ‘bad’ to get reasonable power stability as the cavity length drifts; less than 3 modes-poor.

    Most diodes have a pretty broad spontaneous linewidth and how much it is homogeneous or inhomogeneous I’m not clear; possibly as manufacturing has improved the inhomogeneous component has tended to reduce to below the mode spacing? Cavity length is way sub-mm, so as soon as it does twin mode the coherence length is awful.

    I have *directly* measured the output spectrum of many near IR diodes, and all bar one set were severely multimode. One set (normal FP lasers) were all single, which surprised me. I think I’ve only looked at one visible (a while back) and it was heavily multi mode.

    When a simple diode does go SLM, surely one might expect it still to have pretty severe wavelength drift with chip temperature? This can certainly wreck holography.

    Obviously people have found pragmatically you can get away without an expensive DFB laser; that crude diodes can be SLM; it opens up the interesting qn of just why it seems modern diodes are tending to go SLM spontaneously, one is the tuning of a given longitudinal mode with temperature and the other is the tuning over larger temperature changes where the lasing mode hope from longitudinal mode to longitudinal mode to be close to the peak of the gain curve. The average tuning rate for this later rate is typically 0.3 nm/C while for small enough temperature changes the tuning of longitudinal mode is much smaller. For a temperature stability of 1 mK a diode laser frequency is stable to better than 0.001 cm-1, perhaps even a good as 0.0001 cm-1 as determined by tuning onto a Doppler-free atomic transition. Thus at 780 nm the temperature tuning of a longitudinal mode is less than 0.06 nm/C. With a temperature tuning of less than 1 cm-1/C, a temperature stability of 0.1 C during an exposure would give a coherence length longer than 10 cm.

    Unless there is external optical feedback or a very sophisticated electronic feedback there is no way that a 780 nm CD laser would have a linewidth of 10s of kHz. With a sufficiently low noise current supply (less than 1 microamp RMS in a 1 MHz bandwidth) and temperature stabilization to about 1 mK, the intrinsic linewidth of diode lasers can be measured and they are proportional to the inverse of the output power. Linewidths of about 50 MHz for a 3 mW laser and 5 MHz for a 30 mW laser are typical. These linewidths are 5 to 50 times the Shawlow-Townes linewidth for these lasers and results from the coupling of the refractive index and the population inversion. Moradian (sp?) who was at MIT at the time published experimental measurements in the late 1970s and early 1980s. Henry published an analysis of this line broadening mechanism but I don’t remember exactly when.

    The linewidth decreases with the square of the cavity length and with external cavities a few cm long people have achieved linewidths of less than 1 kHz. An example of this is work by Leo Holberg and colleagues at NIST in Boulder for an optical clock based on an inter-combination line in optically cooled and trapped atomic calcium.

    Coherence Time of Laser Diodes

    (From: Bret Cannon (bret.cannon@pnl.gov).)

    It depends on the laser diode, the power supply that is used, and the external optical feedback into the diode laser. With a single longitudinal mode diode, without external optical feedback, and a current noise of less than 1 uA RMS in a 1 MHz bandwidth, you can get linewidths of 10 MHz for a coherence time of nanoseconds. With optical feedback the linewidth can collapse to a few Hz or explode to several terahertz, depending on its intensity and the delay time between the light leaving the diode and returning to it.

    Temperature Dependence of Laser Diodes

    In addition to impact on expected lifetime (power degradation and MTBF) (See the section: Laser Diode Life ), temperature effects the wavelength of an unstabilized (internal cavity) laser diode due to changes in physical dimensions:

    The wavelength shift for 808 nm diodes is generally around 2.5 nm (+/- 0.2 or 0.3 nm) per 10 C (or just say 0.3 nm/C)(, with the wavelength shift to the red (longer) with increasing temperature.

    For the violet/blue Nichia laser diodes, it’s typically 0.04 nm per C.

    Note that diode current also affect wavelength, partially due to temperature. So, as a diode ages and requires more current for the same output, its wavelength will also change.

    (From: Lynn Strickland (stricks760@earthlink.net).)

    It really depends on the laser (i.e. manufacturer) and temperature range you are talking about. A good rule of thumb is 0.3 nm per C over the operating temperature range of the device (About 30 GHz per C). That’s the average slope of the curve though — it includes mode hops. If you’re operating at a mode hop, you can get a lot more change than 30 GHz with a 1 C temperature change. If you are between mode hops, it can be much less.

    Mode hops can be a moving target too. Optical feedback can cause them (even minute amounts). Or, you can operate at a specific temperature where there are no mode hops today, but next week it might mode hop at that temperature.

    Note that you can only go so far if you want to use temperature to reduce the wavelength. Even if you got the electronics to work under frigid conditions, there is a minimum laser wavelength you can get from a particular diode laser chip. I’m not a physicist, but it has to do with the bandgap of the materials used. What you would get, as you cooled the thing, is lower and lower threshold current, lower operating current, and longer lifetime.

    Back in the old days, about 15 years ago, the only way to get visible light from a laser diode was by using cryogenic cooling. My textbooks from my laser degree program only knows of this type of visible laser diode (they were written in the early ’80s). The first room temperature visible laser diode was invented about 1991; I still have a Radio-Electronics issue mentioning it.

    All laser diodes have a tolerance when it comes to wavelength, these tolerances can be as high as +/- 10 nm.

    The wavelength tolerances are due to thermal effects, and current. As the diode heats up, the wavelength will change 0.3 nm/C. and results in mode-hopping.

    Comments on Laser Diode Noise and Suppression

    (From: F. Pelletier (f.pelletier@laposte.net).)

    There are several types of noise in laser diodes: mode hopping as a temperature effect; intensity noise related to spontaneous emission; optical feedback due to reflection in the optics; speckle noise. What you try to control is mode hopping and optical feedback noises.

    As temperature varies, shift between modes is an issue but is intrinsic to the LD. By using cooling elements, temperature is roughly regulated.

    Optical feedback is part of the light emitted which returns to the laser cavity after reflection on the mirrors but mainly after reflection on the disk surface. The optical feedback varies from one system to another, and from one disk to another, and even according to the area of the disk. A maximum is about 5 to 8%.

    Anyway, it has about the same effect as temperature, with mode hopping that appears. The hops are kind of random with the optical feedback. Globally, the RIN increases. The phenomenon is the most apparent with monomode lasers. Measures show that multimode lasers have a much more constant RIN with optical feedback. Adding a HF modulation makes the LD to be driven multimode. That’s why DVD manufacturers use a modulator. They usually use single mode lasers as they have better characteristics (lower noise, lower lasing threshold).

    What I still don’t entirely get is how the modulation works and its effects. The system works fairly well only if the amplitude and the frequency are high enough. The signal amplitude is such as you are alternately in the linear curve and below the threshold (where the laser is always multimode), and the frequency is well above the speed of transmission (somewhere between 300 — 800 MHz, according to the application and the LD).

    Диодные лазерные модули и лазерные указки

    Альтернативы использованию голых лазерных диодов

    Если то, что вы действительно хотите получить — это видимый лазер, готовые модули на лазерных диодах или некоторые марки лазерных указок могут быть лучшим решением. Те и другие содержат управляющую схему, способную нормально работать от нестабилизированного низковольтного источника постоянного напряжения, и коллимирующую линзу, подходящую к лазерному диоду. Многие новые модули позволяют точно регулировать настройку положения линзы, чтобы улучшить коллимацию или сфокусировать точку на определенном расстоянии. Существуют также генераторы линий, или же точечный модуль можно превратить в генератор линии с помощью цилиндрической линзы.

    Однако ни одно из этих устройств не предназначено для модуляции с частотой больше пары герц (если хотя бы с такой) из-за сильной внутренней фильтрации, чтобы защитить лазерный диод от выбросов тока (иголок). Таким образом они как правило не подходят для применения в лазерной связи (хотя некоторые лазерные указки так дешевы, что могут совсем не содержать подобной защиты). Смотрите раздел The Benefits of Cheap Laser Pointers for Modulation.

    Распространенные видимые диодные лазеры имеют максимальную выходную мощность от 3 до 5 мВт. Из-за спектральной зависимости чувствительности человеческого глаза длина волны 635 нм кажется как минимум в 4 раза ярче, чем равная мощность на 670 нм. Поэтому там, где важна наилучшая видимость, предпочтительнее использовать лазерные диоды с более короткой длиной волны.

    Если для ваших целей подходит диодный лазерный модуль или лазерная указка, я очень рекомендую предпочесть их попытке сборки чего-либо из голого лазерного диода и самодельного блока питания — или даже заводского драйвера, если он не предназначен специально для вашего диода. Действительно очень легко сжечь дорогой лазерный диод неправильным питанием или обращением. Будучи сожжен, лазерный диод не работает хорошо даже в качестве светодиода!

    Однако нет способа определить до покупки, насколько качественной или надежной будет та или иная лазерная указка, или будет ли ее луч достаточно хорошего качества. Диодные лазерные модули обычно дороже, но качественнее (хотя и не всегда), поэтому в серьезных применениях лучше делать ставку на них. Любой Иванов, Петров или Сидоров может изготовить лазерную указку из готовых деталей и продать в Интернете, но только серьезные компании делают гелий-неоновые лазерные трубки, и их качество весьма высоко. У гелий-неонового лазера трубка определяет большую часть характеристик луча, и требуется как максимум простая линза, чтобы сколлимировать или сфокусировать луч. Дополнительную информацию смотрите в главе Helium-Neon Lasers.

    Наилучший источник недорогих лазерных диодов средней мощности (более 5 мВт и до приблизительно 150 мВт) видимого красного (

    650 нм) диапазона — это DVD-резаки. Некоторые высококачественные устройства имеют лазер мощностью 100 мВт и более. и они стоят как грязь — гораздо дешевле, чем отдельно лазерные диоды с завода. На практике неисправные DVD-резаки могут содержать прекрасные лазерные диоды, поскольку управляющие схемы для них обычно очень тщательно разработаны, а диоды имеют высокое качество. Но если папин DVD-RW внезапно перестал работать, как только вы почти сделали лазерный проектор, я этого вам не говорил. )

    Я недавно уничтожил пару приводов Liteon X16 DL DVD-RW. Я купил их новыми (в заводской упаковке) по $32 только для того, чтобы выдрать из них лазерные диоды (теперь они еще дороже). К сожалению, я не знаю ни изготовителя, ни характеристик лазеров, но я питал один из них током 200 мА, и измеритель мощности, настроенный на 658 нм, показал 150 мВт. Теперь это выгодное дело — хоть и весьма расточительно, но это хорошая цена за 150-милливаттный диод. Я скомбинировал один из них в проектор вместе с зеленым DPSS-лазером и модифицировал схему управления диодом, чтобы обеспечить аналоговое гашение. Результаты весьма хороши. Я пригасил луч зеленого лазера (он выдает обычно от 90 до 100 мВт), так что красный не забивается, если красный лазер работает на 120 мВт.

    Краткая история лазерной указки

    Давным-давно, когда не было CD-плееров, когда не был изобретен лазер, люди использовали палку, чтобы показать что-то на экране или черной доске (это было даже до изобретения маркерных досок!). Самые ранние оптические указки использовали маленькие лампы накаливания, линзу и маску или слайд, чтобы проецировать точку или стрелку. Такие устройства были почти такого же размера, как большой (с батарейками D) фонарик, требовали отдельного источника питания с проводом и обычно включались в розетку. Качество было невысоким, поскольку луч нельзя было хорошо сколлимировать, но это был тем не менее большой шаг вперед по сравнению с палкой. ) Однако, поскольку использовалась лампа накаливания, можно было получить любой цвет с использованием светофильтров, но из соображений наибольшей яркости обычно все же использовали белый.

    Первые указки на основе лазеров были построены на гелий-неоновых лазерах с упакованными как можно компактнее высоковольтными источниками питания, но все еще требовали отдельный источник питания или большой ящик с тяжелыми батарейками. Поскольку это были настоящие лазеры, луч был очень чистым и хорошо сколлимированным. Выпускались как красные, так и зеленые гелий-неоновые указки (да, гелий-неоновые лазеры бывают зелеными).

    Но настоящая революция лазерных указок была результатом разработки недорогих видимых лазерных диодов. Лазерные диоды лишь ненамного больше песчинки, питаются небольшим напряжением и небольшим током и могут серийно выпускаться — будучи изначально созданными революцией CD плееров/CDROM, сканерами штрих-кодов и другими применениями, где требовался компактный недорогой источник лазерного излучения. Выпускаемые теперь миллионами, эти лазерные диоды стоят гораздо меньше 1 доллара.

    Laser Pointer Specifications

    Here are some of the things that manufacturers use to rate and promote both red and green laser pointers:

    • Wavelength: This may be specified but don’t trust it too much. Usually, lower is better since visibility is a strong function of wavelength. However, the variability can be significant — a pointer spec’d at 640 nm could indeed be closer to 650 nm and there’s almost a 2:1 ratio of relative brightness between these extremes.
  • Output power: Power ratings are often made deliberately confusing like 5 mW, which could mean almost anything! Even among identical models, there can be significant variation, especially for green DPSS laser pointers.
  • Visibility: Manufacturers will often compare visibility to the oldest 670 nm (or longer) wavelength. All but the cheapest pointers today will be somewhere in the 640 to 650 nm range. Between the shortest available wavelength of 635 nm and 670 nm is a ratio of relative brightness of about 7:1. Or, they’ll compare a 1 mW 670 nm pointer to a 5 mW 640 nm unit and claim 35 times brighter. Or for a green 5 mW pointer, 135 times brighter. ) See the section: Equivalent Brightness Ratings and Laser Pointer Visibility.
  • Distance/range: By itself, this is basically a totally useless number. Do they mean on a moonless night under smog-free conditions? Light doesn’t travel a specific distance and stop, or suddenly become too dim to be seen. It’s only possible value would be in comparing various models from the same manufacturer/supplier and even there, they probably just associate a particular value with the output power and/or wavelength.
  • Beam shape/quality: Without significant effort, the output of a red diode laser pointer is not a nice round spot. More expensive pointers may have the necessary optics to do a decent job of beam shaping but most do not. Sometimes, the beam shape will be shown in the catalog or Web site listing, probably to convince you to upgrade to the model with the rounder spot. Green DPSS laser pointers may claim a TEM00 beam and some come quite close to perfection, though there will often tend to be a certain amount of ghosting and extraneous little spots associated with it. For pointing at normal viewing distances, unless the beam shape is absolutely terrible, it doesn’t really matter much.
  • CW or pulsed: As far as I know, all red laser pointers produce a continuous (CW) beam. However, due to the way green DPSS lasers work, there are significant advantages in terms of efficiency and thus battery to use a pulsed system and many do. As a practical matter, it doesn’t much matter to the user unless the pointer is moved rapidly in which case the pulsed beam will show up as discrete spots rather than a continuous line. (Note that red pointers could also benefit from pulsing but it would require a higher power more expensive laser diode and more complex driver, and the improvement in battery life — which is already very adequate — would only be modest.)
  • APC or ACC driver: Most red pointers use Automatic Power Control (APC) to maintain the output power constant over temperature and until the batteries are nearly dead. The laser diode package itself has a built-in photodiode behind the laser diode chip for this purpose. Only the very cheap dollar store Far East import red pointers forgo this feature and simply use a current limiting resistor — as the batteries discharge, the output grows dimmer.

    Most green laser pointers have in the past used Automatic Current Control (ACC) — a constant current driver. The result is generally fluctuations in output power as the pointer heats up. These may be quite large and result in either a very dim spot or an excessive and illegal super bright beam. The trend now is to use an APC driver to eliminate variability and also make it harder to boost the output to an illegal and dangerous power level.

  • Plastic versus glass optics: Plastic is softer than glass so if the surface of the collimating lens is exposed, it will be more easily damaged through carelessness and cleaning. However, since most of the time, the lens is recessed, this isn’t a major issue. What really matters is the quality of the lens(es) and coatings, not what they are made of. Glass is NOT inherently superior to platics. This affects the spot size and definition, and the amount of ghosting and scatter. The only way to know for sure is to check the beam for yourself.
  • Adjustable focusing lens: While this may at first appear to be highly desirable, in the end it may turn out to be a nuisance going out of focus on its own and prone to constant fiddling. (Of course, a piece of adhesive tape or dab of glue can cure this malady.) However, make sure that the pointer you acquire has had its focus properly set at the factory! Even an apparently fixed focus model may have an internal ring that can be turned with a paper clip once the front bezel is removed. Just don’t force anything and take care not to scratch the lens.
  • Multiple pattern generating optics: These are the sort of thing that appear really neat and cute but in my opinion, have at most, limited value. They reduce the overall brightness of the projected spot and except for a basic arrow, just detract from a presentation.
  • Battery: The amount of time claimed for a set of batteries may tend to be optimistic. Some/many/most may assume something about the usage pattern in a pointing application (as opposed to cat teasing) like 25 percent on, 75 percent off. Red pointers are generally much much better in the battery life department. The brightness of some pointers decreases significantly as the batteries are drained which others remain exactly the same and then poop out without warning. Expected cost of batteries will be affected by the battery type — watch style button cells, AAA or N type alkalines, or expensive lithium batteries. Although not as compact, pointers using common AAA cells are probably the most economical in terms of battery replacement costs (and AAAs are certainly the most readily available).

    The shape and size of a pointer is determined largely by the type of battery used. The tiniest red pointers use button cells like the one shown in Components of Simplest Red Laser Pointer. Long thin pointers (red or green) use a pair of AAA Alkaline cells like the one shown in Components of Typical Green DPSS Laser Pointer. The fat squat type shown in Components of Edmunds Scientific L54-101 Green DPSS Laser Pointer uses a CR2 lithium cell. Whether aesthetics determines the battery design choice or vice-versa is anyone’s guess.

    In general, it is best to remove the batteries if the pointer won’t be used for even a short time. Batteries have been known to leak and/or swell, usually once they go dead. This is probably most likely to happen with the cheap carbon-zinc cells provided as original equipment. It’s virtually impossible to salvage a pointer once such damage occurs because the cells essentially wedge themselves in place as they expand. (

  • Life expectancy and warranty: Sometimes there will be a spec like 2,000 hour lifetime. This is probably mostly relevant for the expensive green DPSS laser pointers and may be reasonable. Certainly, anything over 1,000 hours is adequate for a pointer used as a pointer within one’s (human) lifetime (or until it becomes obsolete). However, any lifetime claim isn’t of much value unless there is an enforceable warranty!
  • Fancy case: The polished hardwood case that comes with most green pointers is really worse than useless. Dropping the pointer in the case will likely render it useless. A cheap padded foam case would provide much more protection. Red pointers are more robust but could still benefit from pampering. )
  • By now, you’re probably totally confused. My advice: Use the specs for guidance but if you really care about the quality of your laser pointer, try a few out which come with money back no-questions-asked warranties and keep the one you like. If, on the other hand, you just want to use the pointer for presentations (what a concept!) and not to stroke your ego, the cheapest red one will probably be just fine. )

    Equivalent Brightness Ratings and Laser Pointer Visibility

    Some companies that sell laser pointers, rate them in terms of ‘equivalent brightness’ compared to a 670 nm device. The Mark-I eyeball is about 7 times more sensitive to light at 635 nm compared to 670 nm. (Green laser pointers at 532 nm will multiply this by another factor of 4 or 5.) (See the section: Relative Visibility of Light at Various Wavelengths .) For example, several of these companies offer laser pointers with a ’30 mW equivalent’ output. This just means they are comparing a 635 nm device optimistically to one of 670 nm. The actual output power is still less than 5 mW. I do not really consider this deceptive marketing as long as the meaning is understood. Here is a handy quick comparison chart for common and not so common laser pointer wavelengths:

    The term Relative refers to the visibility compared to the 555 nm peak of human vision; the factor compares the brightness to that of an older 670 nm pointer. Note that visual perception of brightness is not linear. Thus, a 1 mW 532 nm green laser pointer isn’t actually going to appear 28 times brighter than a 1 mW 670 nm red model. What it means is that a 1 mW green pointer will appear similar in brightness to a 28 mW 670 nm red one (if such a thing existed).

    As far as I know, CDRH approval will not be granted for any device of this type over 5 mW actual beam power since their classification would then need to be IIIb. So, don’t expect to find a laser diode with an actual output power of 30 mW in anything like a laser pointer! Frankly, I don’t understand how laser pointers with an output above 1 mW gain approval in any case. The 670 nm pointers especially (since they APPEAR less bright) represent a definite hazard to vision at close range. Do not underestimate the stupidity of some people who totally ignore all the safety warnings — Wow, look at these cool afterimages. — and then wonder why their vision never quite returns to normal (though I do not know of any confirmed cases of irreversible damage to vision even from this sort of abuse).

    Another popular ‘specification’ is how far away the laser pointer is visible. What the seller is probably actually referring to is the distance that their Marketing department *thinks* the beam should be visible so long as this value is greater than that of their competition. -)

    Seriously, who knows? There is no standards organization overseeing these ratings. It could be the maximum distance to the screen that the beam is visible:

    1. to the person holding the pointer.
    2. to someone near the screen looking at the screen.
    3. to someone near the screen looking in the direction of the pointer.

    Another consideration, of course, is whether this requires a moonless night!

    Laser pointer marketers don’t appear to have discovered (3) as yet (most likely due to liability issues) since the number would be extremely impressive — being in the many miles range! Apparently the Space Shuttle astronauts were able to see a 5 mW red HeNe laser (632.8 nm, similar to the best red laser pointers) from orbit, about 250 miles or 1.3 million feet. Claims could be even more impressive for a green DPSS laser pointer (532 nm), being about 5 times brighter for the same output power. Any marketing types reading this. )

    What’s Inside a Laser Pointer?

    The description below applies to most red laser pointers sold today (pen or key-chain type). For info on green laser pointers, see the section: Green (or Other Color) Laser Pointers ). For a quick introduction to both types, see: The LED Museum’s Bit on Laser Pointers.

    A common red laser pointer contains the following components as shown in Typical Red Laser Pointer.

    • Laser diode. This will have a 3 to 5 mW maximum output. The laser diodes in older/cheaper laser pointers produced light at 670 nm (deep red). Newer/better ones are in the 650 to 635 nm range (red to orange-red, which appears many times brighter, mW for mW than 670 nm). Someday, we will see inexpensive diode laser based laser pointers at all colors of the spectrum — someday. Early laser pointers had the laser diode in its own 5 or 9 mm can package mounted (probably press-fit) in a metal casting which in addition to holding the optics (see below) acts as a heat sink. In an effort to reduce costs, the newest and cheapest ones have the bare laser diode chip mounted directly to a heatsink. You can forget about attempting to replace one of these at home! In addition, they are likely not hermetically sealed so contamination can easily enter from the battery compartment and degrade diode performance or kill it entirely.
  • Power source. These are typical AAA Alkaline cells or watch-style button cells. Depending on design, the battery must produce 1.5 V to 4.5 V or more. In general, it isn’t a good idea to substitute one type of battery for another unless you know what effect it might have. With some, a dead pointer is the most likely result. The battery holder may be a part of the case or a separate unit. The on/off switch may be a simple spring contact or a high quality enclosed type.
  • Power regulator. Many of the visible laser diodes used in laser pointers have very precise current requirements. Too little and they don’t lase; too much and they turn into poor imitations of LEDs or die entirely. The only reliable way of regulating the current for these is by monitoring the light output. So, nearly all (if not totally all) laser pointers used to include a laser diode driver that provides some degree of regulation based on optical feedback from the monitor photodiode inside the laser diode package. The better designs would maintain output power nearly constant until the batteries were drained; the output power for some simpler designs would vary with battery condition.

    However, The Far East imports now flooding the market use only a resistor to limit current — driving the laser diode just like an LED. The circuitry consists of only 4 parts: laser diode, resistor, switch, battery. Apparently, the type of laser diode they use has a wider operating range and can be driven safely this way, though the output brightness will decrease as the batteries are drained. See Components of Simplest Red Laser Pointer and Closeup of Laser and Mount from Simplest Laser Pointer. The inset in the first photo shows the laser diode chip itself attached to a tiny metal block which is soldered directly to the cast metal which acts as a heatsink. The top contact is a 1 mil gold bonding wire.

    Without the schematic there is no way to know how much protection is provided by the driver. With some, the diode which can easily be destroyed in an instant by using the wrong type of batteries, an external power source (even one that you would think should work), or even putting the batteries in backwards. The best designs will use a circuit that regulates optical output based on feedback from the laser diode’s built-in monitor photodiode with respect to a fixed reference (voltage) and maintain output power nearly constant under the battery is almost totally drained.

    On most pointers and diode laser modules, the laser diode driver is on a tiny printed circuit board soldered directly to the leads of the laser diode package. However, on some, the driver may be right next to the diode, sealed in metal and look like part of the diode can, but isn’t (possibly glued or press-fit). This is likely the case if what appears to be the laser diode only has two leads — all the visible laser diodes I know of come in 3 (or possibly 4) lead packages to accommodate the monitor photodiode connections.

  • Collimating/correcting optics. At the very least, there must be a lens to convert the highly divergent beam from the bare laser diode to one that is roughly parallel. Better models will include optics to correct (at least partially) for the laser diode’s inherent wedge shape and astigmatism. Some will also have an easy focus adjustment. In this case, a threaded barrel (usually made of brass) holding the lens can be screwed in and out. A spring presses on the lens to prevent unintentional movement and minimize backlash. This is then sealed with something like Locktite or Glyptal. On cheaper pointers, the lens or barrel will just be Epoxied in place with no easy possibility of adjustment. Even if not an advertised feature, there may be an internal ring that can be turned with a paper clip once the front bezel is removed. Just don’t force anything and take care not to scratch the lens.

    Note that with the typical optics used in laser pointers, as much as 40% or more of the light from the diode may be wasted largely due to its high divergence in the fast axis (30 or 40 degrees total at the half power point, perhaps twice this angle at the 10% point) — a very significant fraction gets blocked by the small aperture of the collimating lens. I found that an NVG D660-5 laser diode with an NVG collimating lens resulted in just about a 50% loss between what was measured with the sensor of the laser power meter against the diode’s face capturing every photon compared to what ended up in the collimated beam. I’ve been running one of these 5 mW diodes continuously at a total output of 10 mW without any noticeable degradation. With the addition of a microlens next to the laser diode chip, it would be possible to capture a much higher percentage of the total light. With the 5 mW limit for laser pointers, this doesn’t much matter but for other diode laser applications, this would be beneficial. See the section: Laser Diodes with Built-In Beam Correction.

  • Some means of generating multiple patterns (optional). These permit the projected shape to be selected to be something other than a formless spot either by a built-in thumb-wheel type thingie or by replacing end-caps.

    See the section: Laser Pointers that Produce Multiple Patterns

  • Photos of the internal components of typical red laser pointers can be found in the Laser Equipment Gallery under Assorted Diode Lasers. The actual laser diode is not visible in any of these being inside the brass cylinder next to the driver circuit board.

    Laser Pointers that Produce Multiple Patterns

    You’ve seen the Ads: Laser Pointer with 42 Heads, $9.95.. These patterns may be in the form of arrows or stars or a company’s logo. They are either built-in and selected by a thumb-wheel type arrangement or are in the form of interchangeable tips that slip over the end of the pointer (as in the ‘Ad’ above). There are 2 basic ways of accomplishing this:

    • Templates (stamped or photographically generated) in the form of the pattern — basically a micro-sized slide. Since the beam from a laser pointer is relatively well collimated or slightly diverging effectively originating from a point source, anything placed in its path will be projected without serious defocusing or degradation — over a modest distance at least. Thus, the condensing and projection lenses of a slide projector are not needed. This is the obvious and low tech approach but has at least two disadvantages: Much of the available light is blocked by the solid parts of the template and the edges of the pattern result in diffraction and interference effects which DO degrade the projected image eventually. However, almost any graphic can be produced equally well (or poorly depending on your perspective).

    This type can be easily recognized because there will be a teeny-tiny replica of its pattern visible by looking closely at the beam aperture.

  • Diffractive optics (also called a Holographic Optical Element or HOE). A holographic process is used to produce a plate or film which when placed in the laser pointer’s beam, generates a pattern through interference just as with a true hologram. These are more expensive to produce than simple stamped patterns (at least in small quantities) and there may be some restrictions as to the types of patterns (non-symmetric) that can be easily produced.

    HOEs can be recognized by looking at them in normal lighting. What you will see is: Absolutely Nothing. Or, at most, a dirty smudge, but no resemblance to what results when used with the laser pointer.

    For more info and suppliers, see the sections starting with: Diffractive Pattern Generating Optics .

  • Constructing your own pattern generating heads is probably not a realistic option except perhaps for simple patterns using the template approach and even that would be quite a challenge given the small diameter of the beam as it leaves the pointer. Considering how cheap these things are now, it is also probably not worth the effort unless it’s something very special.

    In my opinion, except possibly for an arrow, these things are really of little practical value.

    Orange, Yellow, and Green Light from Red Laser Pointer?

    While the lasing line from a diode laser or even a cheap laser pointer is quite narrow, there can be other wavelengths of incoherent light present in the beam. Since the effective aperture of the laser diode is nearly a point source (1×3 um typical), these spurious outputs will still collimate and/or focus nearly as well as the laser beam itself. However, it’s highly unlikely that any of these are actual lasing lines except very near the main (design) wavelength. No, you can’t convert a red laser pointer into a rainbow pointer with a simple modification performed on your kitchen table. )

    I’ve seen the existence of faint non-lasing light from more than one cheap laser pointer as well as from a dead red laser pointer where the laser diode had turned into an expensive LED. The orange, yellow, and green output was of similar intensity to the same spurious colors present in the lasing laser pointers so it is likely not related to high field intensities when lasing but due to impurities resulting in non-red LED light.

    To test for this (assuming you don’t have an optical spectrum analyzer handy), if the pointer doesn’t have an adjustable focusing lens, use a weak positive lens to focus the beam at a distance from the pointer of 0.5 to 1 meter — where the spot is still quite small, say less than 1 mm. Then, use a diffraction grating (almost any will do including a CD or DVD) to view one of these focused first order spots on a white card. Set things up so the spot is either blocked or misses the card entirely so all you see is the area towards the 0th order spot (undeflected beam). For my sample, there was a continuous tail amounting to a few dozen nm. I couldn’t quite tell if it hit green but definitely was well into the yellow.

    Another approach is to pass the beam of the pointer through a series of mirrors that only transmit non-red wavelengths or reflect it from a series of mirrors that only reflect non-red wavelengths. Using a pair of HeNe laser resonator mirrors (an HR and OC in series) reduced the intensity of the red wavelengths by a factor of about 100,000 so only a hand full of red photons got through. ) This allowed me to clearly see the orange, yellow, and green output of the laser pointer mentioned above by looking into the beam through a diffraction grating. (Yes, this is safe once the red is filtered by the two mirrors. It’s just a dim glow and barely visible when projected on a white screen in pitch blackness.) WARNING: Don’t try the equivalent experiment (looking into the filtered beam) with a DPSS (green or blue) laser as there could be a significant amount of mostly invisible pump light at around 808 nm that gets through to fry your eyeballs.

    If you can power the pointer from an adjustable DC power supply (or have some weak batteries), there may be an even easier way to see the non-lasing colors — power the diode just below the lasing threshold. Under these conditions, output at the lasing wavelength won’t drown out the broad-band LED emission and it will be easy to see its spectrum using any diffraction grating or prism (or even through the edge of lens in a strong pair of glasses!).

    The use of the human eye apparently works a lot better than a fancy Optical Spectrum Analyzer (OSA) because the intensity of the level for the non-lasing wavelengths is so low and spread over a substantial range. The only thing visible using an Ando OSA set to maximum sensitivity and averaging 10 times was a slow increase in amplitude starting at about 566 nm and continuing to the lasing wavelength of about 635 nm, but this wasn’t even conclusively above the noise floor for the instrument.

    (From: Steve J. Quest (squest@att.net).)

    The keyword here is you have a CHEAP laser pointer. I’m going to presume the injection crystal lattice has contaminants in it, more likely if the manufacturer also builds LEDs in the same factory. What you are getting from your laser is a RED laser beam, and possibly green, orange, and yellow LED light (non-coherent) which is also coming from the same crystal. Fire it through a prism to see the various lines, I bet it’s so polluted with foreign dopants, that it produces a bright red coherent line, and a few non-coherent red lines, an orange line, a yellow line, and a green line. That’s all possible since the injection diode crystal is basically an LED crystal with perfectly cleaved ends, and a channeled electron injection pathway, axial to the beam.

    You can typically see this effect if you test the cheapest LEDs you can find with a prism. I’ve found that dirt cheap green LEDs usually produce both a green and a yellow line. Dirt cheap reds produce several lines of red. You can get many wavelengths out of a gallium arsenide crystal.

    Green (or Other Color) Laser Pointers

    Red laser pointers are by far the most common and now quite inexpensive. Pretty soon, they will be given away free in specially marked boxes of corn flakes. ) Seriously, prices under $5 aren’t uncommon and dropping rapidly. Search on eBay and you’ll probably find them for less than $1 each in bulk. However, except for various shades of red (depending on wavelength), all other colors are very expensive. In fact, there is really only one other color of any practical consequence — green. And this is a much different type of laser than the simple diode lasers used in red laser pointers.

    Currently, nearly all green laser pointers are based on Diode Pumped Solid State Frequency Doubled (DPSSFD) laser technology. They are not just red laser pointers with a different laser diode or green lens! (See the section: Diode Pumped Solid State Lasers .)

    The exceptions are older models using green helium-neon (HeNe) lasers. I bet you didn’t know HeNe lasers came in green, huh. ) These had power outputs of much less than 1 mW and were very bulky compared to modern laser pointers. And while green HeNe lasers and even relatively small green HeNe lasers that could be used for laser pointers — are still manufactured, actually using them for pointing is about as common as finding raw dinosaur eggs. (See the section: HeNe Tubes of a Different Color if you are curious.)

    The wavelength of the DPSSFD lasers is 532 nm based on the intracavity frequency doubling of a Nd:YVO4 (vanadate) chip using a Potassium Titanyl Phosphate, KTiOPO4 (KTP) crystal inside the laser cavity. Their output may either be CW, quasi-CW, or pulsed. CW means continuous wave which results in a constant intensity spot. Quasi-CW and pulsed both result in a spot that varies in intensity (so they are really both pulsed output) but the pulses for the quasi-CW variety may be at a much higher frequency (e.g. 5 kHz versus 300 Hz). You can tell which you have by moving the spot rapidly across a screen — the trace from the quasi-CW and pulsed types will break into discrete spots. However, the spot spacing for the quasi-CW pointers may be so small for normal use that for all intents and purposes, they will appear continuous. However, a quasi-CW pointer would not be a good choice to use in a laser show application. (Note that there is no standard for calling a particular pointer quasi-CW or pulsed so your advertising blurb mileage may vary!)

    Visibility of these green pointers is 4 to 5 times that of 635 nm diode lasers or 632.8 nm red HeNe lasers, which in turn appear 6 or 7 times brighter than the older 670 nm laser diode based laser pointers for the same power output. The maximum legal green laser pointer power is still only 5 mW but this would be equivalent in brightness to something like a 150 mW, 670 nm device! And, the sellers of these things don’t let you forget it. )

    Battery life of any green pointer is likely to be much worse than that of the simpler red variety though for actual uses as a *pointer* (what a concept!), it probably doesn’t matter all that much. The quasi-CW and pulsed variety should be somewhat better in this regard. (The spec sheet that comes with the Edmund Scientific L54-101 green laser pointer claims a 3 to 4 hour battery life from a CR2 lithium cell though I’m not sure I believe it.) There is no functional advantage to the pulsed system (it’s actually less desirable since the spot breaks up into dots when swept over a screen) but it can be made much more efficient reducing the need for thermal management and extending battery life at the same perceived brightness for these current hogs. Quasi-CW (frequency in the kHz range) pointers may use either a pulsed pump diode, a passive Q-switch (sometimes called FRQS — Free Running Q-Switch), or both, to improve the efficiency. Pulsed pointers (frequency in the hundreds of Hz range or less) use a pulsed diode.

    Note that since there is no real control of temperature, power output may change significantly (up or down or both) for pointers using a constant current driver, also called Automatic Current Control (ACC) if the pointer is kept on for an extended period of time. Most pointers have used ACC drivers. Usually, since pointers are really intended to be used for brief periods of time for pointing at something, if any optimization was done, the manufacturer would attempt to select the laser diode wavelength to match the vanadate’s absorption band when the components are cool. As the laser diode heats up, its wavelength increases (about 0.3 nm/C) and drifts away from the optimal value. (Even though the absorption band is quite broad, there may still be some noticeable effect.) However, if the wavelength was low to begin with, the power would increase as the wavelength moved toward the peak absorption for the crystal and then decrease if it went far enough. From my experience with these as well as other basic green DPSS lasers, unlike red laser pointers whose output is either constant or gradually dropping in intensity until the batteries poop out, expect a modest amount of slow cyclical and even possibly some sudden power fluctuations as the temperature of key components increase and lasing characteristics change. So, a typical green pointer may actually dip to less than 2/3rds of its rated power at times, hitting the rated power only occasionally. Apparently, many may significantly exceed the rated power (and the legal limit) at times if you happen to get lucky or unlucky, depending on your wishes. Some of the newest green pointers use Automatic Power Control (APC) both to get around the variability and excessive illegal power problems. An angled plate feeds a small portion of the output beam to a photodiode are used in a feedback circuit to maintain the output power constant until the batteries die. Some may even seal the entire driver in hard Epoxy or at least the power adjustment pot (if there is one) to make it more difficult to boost the output power above the legal limit as some people want.

    And don’t forget that just because the CDRH safety sticker may say 5 mW max, your actual model may not come anywhere near that — ever. The actual power rating would be listed elsewhere. But providing it at all is rare, partially due to the fluctuation problem, but mostly because the manufacturers figure you’re better off not knowing how mediocre the pointer realy is!

    With the much higher prices for green pointers (at least in the past!), make sure you get a decent written warranty. No, I really can’t recommend a particular manufacturer or model. I’d suggest checking the archives of the usenet newsgroup alt.lasers via Google Groups for recent discussions the best green laser pointers to buy. Prices are currently averaging about $250 (in 2001) though I’ve seen some 3 mW models advertized on the Web for as little as $180, lower on eBay). And supposedly, though I haven’t tried to buy one, there is at least one company (Leadlight Technology, Inc.. Taiwan) who will sell 1 to 3 mW green pointers for as low as $88, quantity 1 (probably even lower by now). And, I’ve seen Chinese imports going for under $20, including shipping! (Summer, 2007)

    Although some may consider it unethical, ordering several pointers and only keeping the best may be the only way to assure satisfactory performance as they are quite variable in output and stability. The additional complexity and more delicate nature of the individual components means that reliability and robustness may not be as good as for their red cousins (to the extent that these are reliable and robust!). This means that while those fancy polished wood cases look impressive, transporting the pointer in a well padded case is probably a better idea. Comparing the detailed diagrams of a Typical Red Laser Pointer and the Edmund Scientific L54-101 Green DPSS Laser Pointer. or the single diagram Comparison of Red and Green Laser Pointer Complexity. (The L54-101 was a $395 model around 2002, but even so, it’s amazing prices weren’t a lot higher as it has all the sophistication of a much more expensive DPSS laser.) Even a failed switch just out of warranty (assuming there is a warranty that will be honored in the first place!), can render a $300 pointer useless since there is often no non-destructive way of getting inside to repair it. (And, I’ve heard that the switches they use on these things are often not adequately rated for the much higher current green laser pointers use compared to red ones.) Of course, now (2008), presentation-power class green lsaer pointers (i.e. 5 mW) are more along the lines of $10 or $20, so a warranty might be luxury from a bygone era. ) They also use composite crystals instead of discrete crystals so the complexity is somewhat lower as shown in Typical Green DPSS Laser Pointer Using MCA.

    For more information on DPSS lasers and green laser pointers including details of the L54-101, see the sections starting with: Diode Pumped Solid State Lasers.

    And, what about those other colors? As a practical matter, there isn’t much need for anything beyond green since its wavelength (532 nm) is near the peak (555 nm) of the human eye’s response curve. However, to impress those high flying corporate executives, blue might be cool — but expect to spend a $2,000 for one using DPSSFD technology that isn’t as bright as a $5 red pointer. I think yellow would look nice on dark color slides, but the only way to do this until recently would be to use a yellow HeNe laser (yep, they come in yellow also!) as there are no yellow laser diodes. However, at least one company is now offering what they claim to be a yellow DPSS laser pointer. See Laser Glow. No real data available though. It apparently uses sum-frequency mixing of the two strongest lasing lines of Nd:YVO4. The sum of the frequencies for 1064 nm and 1342 nm corresponds to the listed 593.5 nm wavelength. (1/1342+1/1064=1/593.5.) So, they have the laser running simultaneously at the two wavelengths by suitably coating the mirrors and use a non-linear crystal (probably could be KTP) phase matched to do the summing. Cute how the physics happens to work out. ) Anyone volunteer to buy one? See U.S. Patent #5,802,086: Single Cavity Solid State Laser with Intracavity Optical Frequency Mixing.

    Orange is a similar problem but there is no vanadate lasing line at a suitable wavelength with adequate gain. At the other end of the spectrum, violet (which would be really hard to see) laser pointers using the Nichia violet (400 to 415 nm) laser diodes could be built inexpensively like red ones since the circuitry is about as simple — except for one minor detail: the cost of these violet laser diodes is presently (February, 2001) still around $1,000 each! A violet pointer might impress the corporate big-wigs also but due to the lack of visibility, would be quite useless for presentations unless the projection screen had a coating that glowed when hit by violet light. Hmmm, now that’s an idea. )

    There are inexpensive LED-based key chain pointers in bright blue and other colors but these are not true lasers and the divergence is typically 5 to 10 degrees instead of 1 or 2 milliradians (1 degree = 17 mR). But, if all you want to do is impress management types, that may be good enough. )

    And, no, there is currently no technology capable of producing a variable color laser pointer.

    So, now you should know the reasons that the only way to convert a red laser pointer into a green one is to buy a bunch of red pointers for a low price, sell them for a high price, and use the proceeds to purchase a green laser pointer. )

    Additional Precautions with Respect to Green DPSS Laser Pointers

    Unfortunately, these usually don’t come with any sort of useful user manual.

    Much of the following applies to any laser pointer but especially to the expensive green variety:

    • Avoid physical shock: Due to the additional complexity and precise component alignment, green DPSS laser pointers are much more susceptible to damage from being dropped or wacked on a hard surface.
  • Use ONLY the recommended power source: Substituting a different battery type or external power supply may result in immediate damage or reduced life. Without analyzing the driver circuit, there is no way to know for sure what is safe.
  • Do NOT attempt to operate if very cold: The pump output will be greater and the components and adhesives will be more brittle. I don’t know how to determine whether your pointer will be affected and at what precise temperature. However, I’ve heard of the vanadate being shattered from operation at low temperatures.
  • Do NOT attempt to disassemble the pointer: At least, not if you value it as a working pointer. While getting at the driver and DPSS module may be relatively low risk, taking the DPSS module apart is definitely to be avoided. Damage is almost certain.
  • Do NOT remove the IR filter: A substantial amount of the 808 nm pump light can leak through to the output (10s of mW or more which is potentially dangerous) and this is nearly totally invisible and swamped by the green output. Some totally invisible IR at 1,064 nm from the vanadate lasing process also leaks through the output mirror and its power may be similar to that of the green output! The IR filter is typically a greenish piece of glass buried inside the collimating optics but on some models, unscrewing the end-cap also removes the IR filter. The risk of the additional IR isn’t worth the very slightly increased green output that may result. It’s best to avoid these models entirely or somehow make sure that the end-cap can never be left off accidentally.

    Some/many imported green pointers don’t even have IR filters. This of course is a serious safety hazard. But, it also may result in bogus readings for green output power. So, someone can claim 300 mW from this green pointer without saying that 299 of those mW are IR. )

    If you have a green laser pointer and some means of detecting IR, the 1064 nm beam will be almost in the same position and with similar collimation to the 532 nm beam. However, the difference in wavelength will result in a change in effective focus/divergence and there is a 4.5 mR walkoff from the KTP of 532 nm beam with respect to the 1064 nm beam which will result in some discrepency in where they point. The 808 nm beam will be highly divergent/diffuse but may be quite intense next to the output. Note that an IR detector card will likely fluoresce due to the energetic 532 nm light so a glow in the area of the beam itself is not necessarily an indication of serious IR leakage.

  • Do NOT attempt any modifications to the driver: While it is tempting to tweak up the drive current just a bit, or replace the pulsed driver with a CW one to get more power, my recommendation is to avoid any of this unless you won’t mind turning your sleek green pointer into a sleek piece of junk.
  • Comments on Souped Up Laser Pointers for Buyers and Sellers

    You’ve probably seen the advertisements or eBay listings by now — or perhaps you already own one — something along the lines of OEM 60 mW Green DPSS Laser Pointer. Technically, this may be possible with some units, at least if you don’t care about stability, battery consumption, and short (possibly very short!) lifetime, but how legal is it if the output power is actually above 5 mW which is supposed to be the maximum for any pointer available to the general public? The short answer is: It’s not legal at all. In fact, were you to purchase one of these, even if it came anywhere close to the claimed power (how many buyers actually have a laser power meter to check?!), the CDRH sticker will probably still say 5 mW. So if questioned, perhaps the seller will say either that it is only for incorporation into a product (thus the OEM which stands for Original Equipment Manufacturer) or that the higher power must have been the result of shipping damage. Right. )

    Being able to significantly increase output power with an adjustment or simple circuit modification only applies to green pointers. Red ones will just die if this is attempted much beyond 5 mW — a higher power laser diode would be needed.

    Note that as a matter of principle, I do not have detailed information on boosting the output power of a laser pointer above 5 mW anywhere in this document due to the fact that (1) it is illegal, (2) it is dangerous for the user and others, and (3) any adjustment or modification is quite likely to destroy the pointer or at least dramatically shorten its life. However, there is plenty of such info available on the Internet. Use at your own risk.

    As a practical matter, most of the pointers sold with an output power of significantly more than 5 mW have either simply had their diode current turned up, or had the diode replaced with a higher maximum power device. In both cases, the lasing crystals are likely being overstressed and inadequately cooled. A rapid degradation or total failure is quite possible. These are not $10,000 lab lasers, but $50 pointers on steroids. Good luck on getting warranty service. )

    In order to become more compliant with CDRH regulations, manufacturers are being forced to modify their designs to assure that the output power never exceeds the 5 mW limit at any time under any conditions, and to make it more difficult for any modification to be performed that would violate the 5 mW limit. These techniques include eliminating any internal adjustments, potting the driver circuitry in Epoxy, converting from a constant current to a constant power driver, and using components that are funning closer to their rated specifications.

    For anyone considering the purchase or sale of a modified laser pointer, here are a list of guidelines. This applies to any color pointer as long as it’s based on a laser:

    • Laser pointers sold in (or to) the USA must have a power output of less than 5 mW.
  • Using a modified laser pointer with a power output greater than 5 mW in public without a variance is a violation of CDRH rules.
  • Selling modified pointers makes the modifier/seller a laser manufacturer and subject to CDRH rules.
  • Selling a modified laser pointer with a power output greater than 5 mW is also a violation of CDRH rules. Some reputable companies now list pointers with a power output of 50 mW or more, claiming that because they have a keyswitch, emission indicator, and shutter, they are legal. Unless the CDRH rules have changed recently — which I highly doubt given the current climate with respect to terrorism and litigation — this doesn’t help.
  • Modifying a laser pointer so that it is capable of more than 5 mW output via a user accessible adjustment, but only selling it adjusted at less than 5 mW is still a violation of CDRH rules.
  • Just calling a modified pointer an OEM device does not clear the seller of requirements to follow CDRH rules.
  • While it would seem that despite the proliferation of modified green laser pointers, any violations have thus far fallen below the threshold for action by the CDRH, it won’t take too many law suits to change this!

    So, aside from bragging rights on having the most powerful laser pointer on your block, what use are they?

    • Astronomy types claim they are better for pointing out stars and other celestial bodies in a dark sky since the actual beam path is more visible. However, 5 mW really should be adequate, if not ideal.
  • There may be some forensic applications, though lasers designed with the appropriate safeguards and regulatory approvals exist for this purpose.
  • They don’t make good flashlights and are useless or worse as defensive weapons. A $3 flashlight produces more light than the most boosted pointer and trying to use a laser of this type type against an armed intruder will probably result in a annoying hole appearing in some critical part of your anatomy.
  • And due to their poor performance, boosted pointers are worthless for laser show or any other similar application.
  • So that leaves bragging rights and personal satisfaction. There is nothing illegal about admiring the photons in the privacy of your living room. But a high power hand-held laser with a simple pushbutton switch is a truly dangerous toy even for the user. And if someone else should ever suspect they were injured by the pointer — whether valid or not — the lawyers will pounce!
  • (From: Lynn Strickland (stricks760@earthlink.net).)

    A hand-held pointer over 5 mW is illegal to sell in the USA, period. Regs per IEC 825 in Europe are even tougher. The CDRH hasn’t caught up with everyone yet, but the fines are big, and they’ll force a product recall. (If you don’t have records of who bought your product, ship dates and serial numbers, you’ve got a second problem.) Even pointers under 5 mW require a variance document with respect to certain CDRH regulations, and require a CDRH accession number.

    Calling it an OEM product (with disclaimer of non-compliance) still doesn’t fly, because the law applies to any removable laser system. The only time you can sell a non-compliant removable system is when you can site the purchasers CDRH accession number for the end product.

    Claiming shipping damage that resulted in increased power also doesn’t fly, because CDRH regs require designs in which system failure cannot result in exceeding the specified classification.

    Some have sold the laser ‘head’ and ‘power supply’ separately as a kit. If one can reasonably attach the pieces without specialist tools, etc. — even the KIT has to comply (and be certified, and have an accession number).

    Having lived with these laws as a manufacturer, I can tell you that there aren’t any cute and clever loopholes. Sooner or later they’ll get your number. People will show up at your door and start packing your files and PCs into the back of a white van with government plates, and you’ll be calling your attorney from your car phone, because they won’t let you back into your office. It’s like export regs, you can fly under the radar screen for a while, but once they find you.

    If you want to screw with the companies selling this stuff, ask for the CDRH accession number for the product in question, along with any variance numbers under which they are shipping the specified product.

    People who do not register as a manufacturer and who don’t do a product report and the import paperwork get clobbered big time. I know a fellow who had $10K in legal bills for selling an OEM part without the stickers and filing the reports.

    It’s not just a variance for most pointers, it’s a manufacturer’s initial report, yearly report, and record keeping, very good record keeping, for 7 years or so.

    Now that Customs and CDRH are paired up, things are getting regularly stopped, they publish a on line list of seizures from time to time and its very long! And it isn’t just little guys who get seized, there are some serious big time companies who have problems.

    What’s illegal about the hopped up OEM DEVICE pointer is entering it into commerce under (1) the illusion that the buyer will make/keep it compliant and do any paperwork before reselling it and (2) that it’s entering into trade to someone who will not use it for its intended purpose as a certified Class IIIa demonstration device. If they use it in public when modified, then it’s illegal. If it’s sold with intent to modify it to beat the rules, then thats also illegal.

    The Benefits of Cheap Laser Pointers for Modulation

    Ironically, many newer cheap laser pointers can be modulated at very high rates by simply controlling the current from the batteries/power supply. Why? Because they don’t have any power regulation and the super cheap Far East imports have no filter capacitors at all. Of course, you risk blowing the laser diode if this isn’t done carefully. But, for the typical pointer using 3, 1.5 V button cells, just feed it with a signal clamped between 0 V (or around the 3 V lasing threshold) and +4.5 V capable of supplying around 50 mA and it should be possible to generate a modulated output up into the 100s of MHz range. Use a frequency modulated carrier for best audio or video performance. See the additional comments below.

    If all you want to do is adjust the power manually, just add a 100 ohm pot in series with the battery. On my tests of typical cheapo pointers, that varies the power from just below lasing threshold to maximum. Note that the beam from LED emission below threshold is dim but still quite decent in terms of divergence so it may be acceptable for applications that don’t require the narrow line width or coherence of a laser.

    On those that do have decent regulators, modulation frequency may be limited to a few Hz to a few hundred Hz depending on design and the actual output power may be more of a triangular wave shape due to the soft start (ramp up, ramp down) turn on, turn off behavior.

    (From: John, K3PGP (k3pgp@qsl.net).)

    The speed issue was true of many early (and pricey!) laser pointers which used a feedback power regulator. The capacitors and the feedback tended to reduce the speed at which the laser could be turned on and off.

    Now that the price has fallen everyone is competing to make them even cheaper. What this means is that most laser pointers today have NO power regulator at all. What I’ve been finding is a laser diode, resistor, switch, and two 1.5 volt batteries in series. Laser pointers like these can be modulated up into the hundreds of Mhz as there is nothing to interfere with the speed at which the laser can be turned on and off.

    Of course you stand the risk of easily damaging the diode in laser pointers like these with an overvoltage, spike, or static electricity if you don’t use some common sense and are not careful when bringing wires out and hooking the laser pen to external circuitry.

    Since we are dealing with a wide variety of styles and manufacturers, there will be some differences. For instance I’ve seen a few that have no power regulator, just a resistor to the 3 volt battery supply, BUT have an electrolytic capacitor across the diode. It was necessary to remove the capacitor to allow the laser to be switched at high speed.

    Difference Between Diode Laser Modules and Laser Pointers

    A collimated diode laser module and pocket laser pointer both produce a spot of light. So why the typical huge difference in price?

    The simple answer is: It all depends. ) There can be variability in any type of product. While the desired output of a laser pointer and collimated diode laser module is similar, how fussy the end-user is and how one gets there may not be:

    • Laser pointers are mass produced so this helps reduce costs. They generally have less complex and less robust drive electronics since the power source is supposedly well defined — a set of batteries. There may be no corrective optics for the astigmatism and elliptical aberrations of the typical laser diode — at a distance, your spot isn’t a nice round Gaussian profile. There is probably just a single cheap plastic lens glued in place, though some models do have adjustable focus.
  • Diode laser modules are more of a specialty item used inside other equipment and for optics research and development. Production volumes are not as high. They usually (but not always) have high quality driver circuits designed to protect the sensitive laser diode from moderate abuse — noisy power, for example. Many have high quality optics including additional elements for correction of the laser diode aberrations. They usually have adjustable focus.
  • In the end, it is probably the mass production that is the most significant factor in keeping costs down.

    There is also another difference between the two which relates to output power:

    • For a laser pointer, the power rating — if it can be believed at all — is a maximum you might see with fresh batteries under the right conditions on a very good day, or possibly just the 5 mW maximum for Class IIIa (which is the most that is legal in the USA for a laser pointer). Obviously, the seller wants to impress you with the specs for their product and not all are being entirely honest or forthcoming. The actual power could be much less and may decrease rapidly as the batteries are drained.
  • For a diode laser module (from a reputable manufacturer at least), the power rating is likely to either be what they actually measured for that sample or a guaranteed minimum value after warmup (power goes down with increasing laser diode temperature), or after some number of hours of operation. Thus, the actual output power could be much more under some set of conditions. The CDRH safety sticker will still list an upper bound but it will likely be much higher than the module’s power rating.
  • Sources for Inexpensive Diode Laser Modules

    Unless you find a really good deal on excess inventory or the like, the guts of laser pointers are probably the cheapest source of decent quality diode laser modules for many applications. These are mass produced so cost can be quite low. There are many suppliers who will sell you just the laser diode in a brass mount with adjustable collimating lens and attached driver circuit on a tiny PCB for under $10 for a single unit, less in larger quantities.

    These aren’t likely to be in the same league as the $300 diode laser modules from Edmund Scientific or even $100 units from other sources which will meet or exceed all specifications and have protection against all reasonable abuse, for the price, they can’t be beat!

    With respect to specifications:

    • At rated voltage, they may not put out more than 2 or 3 mW, maybe less, even if 5 mW is claimed. But, you may be able to push them higher by tweaking the on-board pot some provide, or by running on slightly higher input voltage. CAUTION: your mileage may vary and you risk blowing out the laser diode or driver — See the additional information in the section starting with: Diode Laser Modules and Laser Pointers. (These may not have a driver that regulates for input voltage though most do use the monitor photodiode for optical feedback power control.)
  • The wavelength may be optimistic — somewhat longer (more towards the red/IR and less bright than advertised). For example, I measured one model that claimed 650 nm but was actually around 657 nm.
  • See the suppliers listed in the chapter: Laser and Parts Sources.

    How to Determine if You Have a Diode Laser Module

    So you found a bag of cute little brass devices marked ‘barcode lasers’ at a garage sale. They have wires coming out of one end and a lens at the other. Are they bare laser diodes or do they have a built in driver circuit? Size alone is no real indication as the driver circuits can be quite tiny.

    • If there is any sort of model number, try to check that out first since as we have seen, laser diodes are not very forgiving of even minor abuse.
  • If you really have a *bag* of the thingies, the surest way to know what is inside is to sacrifice one and reverse engineer it — unless, of course, they are totally potted in Epoxy or something even more impervious to 20th century technology. Perhaps your friendly dentist would be willing to X-ray one for you (with or without root canal). )
  • Assuming that analyzing the circuit isn’t possible or appealing and they are not clearly labeled (in which case you wouldn’t be reading this anyhow), closely examine the wire leads:

    • If there are three solid gold plated wires and they connect directly to the bottom of what looks like a metal can transistor, you have a bare laser diode. This sort of diode laser module without driver circuitry is common in equipment like laser printers and barcode scanners. Some laser diodes only have two wires but not the kind you are likely to run across in a grab bag unless one broke off. -) If you cannot tell where they go, also assume you have a bare laser diode. See the chapter: Laser Diode Power Supplies to determine their electrical characteristics and power requirements
    • If there are only two wires, probably stranded and color coded red and black, there is almost certainly an internal driver circuit. Red will be positive. A typical power requirement is 3 to 12 VDC at 100 mA. Start low while monitoring output (using an IR detector if it may be an IR laser diode). Most diode laser modules operate at a fixed maximum output power which will be where the intensity stops increasing as you raise input voltage. You can probably assume the circuit will handle, say, 25 percent more input voltage beyond this point but there is no way to how much more without reverse engineering or testing the unit to destruction. The power curve will also probably be quite non-linear — starting out as an LED until the threshold current is reached and then increasing rapidly.

      CAUTION: Some diode laser modules are current controlled using optical feedback but expect a regulated DC power supply input. With these, the output will continue to increase more or less linearly as the input is cranked up until the point at which the smoke comes out. -(

    • If there are three (or more) stranded color coded wires, the additional ones may be for on-off control, modulation, or a shield or ground. Have fun determining exactly what they do (but be prepared for frustration).

    Brightest Laser Pointer for Outdoor Use?

    A laser pointer is a bright source of light but so is the Sun. )

    The maximum legal limit for power output from any laser pointer in the USA is 5 mW — Class IIIa (there may also be more restrictive local regulations and it’s lower in some other countries). The best color to use is green since the wavelength of modern green laser pointers based on Diode Pumped Solid State (DPSS) laser technology (532 nm) is very near the peak of human visual sensitivity (555 nm). Thus, a 5 mW green laser pointer produces nearly the brightest beam allowable by law (about 0.9 relative to 555 nm). (Although older green laser pointers based on green helium-neon lasers were a bit closer at 543.5 nm, one capable of 5 mW would be almost a meter long and weigh several kilograms with the required backpack mounted battery and high voltage power supply.) Whether the beam is pulsed or continuous doesn’t make much difference. However, the spot from a low divergence beam may be somewhat more visible at a distance on a brightly illuminated surface (see below). The difference between a 4 or 5 mW pointer isn’t really that significant (it’s barely detectable even with two pointers side-by-side), and as a practical matter due to the technology, output may vary by as much as 30 percent (up, down, or in a cycle) as components heat during use.

    So, if even 5 mW of green isn’t bright enough, the optimal solution would be to control the ambient illumination by putting a dimmer on the Sun. ) If this isn’t an affordable option, the best that can be done is to use a screen or whatever that is a light color and has a diffuse surface, and orient it to avoid direct Sunlight. Unfortunately, if there is no way to control any of this as would be the case with use by an outdoor tour guide, there are no good solutions. Even the best laser pointers have a divergence no better than about 1 milliradian (1 part in 1,000) so the power density of a 5 mW green spot projected on a surface more than a few meters away drops well below that of the 0.5 to 1 mW per square millimeter of Sunlight. Even the pure green color of the laser pointer will be quickly overwhelmed by the ambient illumination.

    Can I Boost the Power Output of a Laser Pointer or Diode Laser Module?

    The quick answer is: Probably not, or at least, not by much.

    I know that in your fantasies, you have dreamed about the possibility of creating a burning laser or Star Wars style light saber from a laser pointer. Unfortunately, neither of these is even possible theoretically. The best you could ever hope for would be to obtain at most 5 mW from a device currently outputting 2 or 3 mW.

    While it might be feasible to increase the current to the laser diode, unless you know its specifications AND have an accurate laser power meter (mucho $$$), there is no way of knowing when to quit. Above their rated maximum optical power, laser diodes turn into DELDs (Dark Emitting Laser Diodes) or expensive LEDs. Exceed this rating for even a microsecond and your whimpy 3 mW output may be boosted to precisely 0.0 mW. This is called Catastrophic Optical Damage (COD) to the microscopic end-facets of the laser diode. There can be also be thermal runaway problems or a combination of both of these depending on design — or lack thereof. However, if you have a bag of these gadgets and are willing to blow a few, here are some guidelines:

    • Diode laser modules almost always have an internal current regulator using optical feedback to stabilize power output. With these, the only hope of changing the output power is to get at, and adjust or modify this regulator circuitry. If the unit is fully potted, you can basically forget about doing this. If the driver board is accessible, there may be a control to adjust or resistor to change that sets power output. See the chapter: Diode Laser Power Supplies for more details and sample circuits.
  • Laser pointers may or may not have an internal regulator. There is no way of telling from physical appearance and the pedigree of a typical laser pointer is often unknown — even if sold by a reputable dealer. Price may be an indication (more expensive may imply better circuitry) but there no way to know for sure. However, a simple test or observation can probably determine this:
    • If the brightness of the laser beam (the spot on a wall — don’t look into it!) is IDENTICAL whether you use a fresh set of batteries or ones that are slightly used, it also has an internal regulator and the comments above with respect to diode laser modules apply. (I am not referring to normal decrease in brightness when the batteries become nearly dead — but obvious changes even near their beginning of life.)

      Where there is an internal regulator and adjustment pot, turning it may increases the brightness initially. However, as the laser diode heats up over a few seconds or minutes, its output with respect to current decreases and the regulator will keep increasing the current to compensate — a runaway condition which can also result in damage or death to the laser diode. A large heat sink, active (e.g. Peltier or heat-pipe) cooling, or dunking in liquid nitrogen may help if you are really determined to get every last photon from your laser pointer or diode laser module. ) (I’ve heard of people getting truly spectacular amounts of light out of laser diodes cooled to liquid nitrogen temperatures, at least for a short time.)

    • If, on the other hand, brightness is a strong function of the battery age and type, even for nearly new cells, there is probably no internal regulator and using a **slightly** higher voltage power source **may** increase optical power without blowing the laser diode. Since there is no regulator, what circuitry is present, was probably hand trimmed or adjusted for the particular laser diode so that a fresh set of the recommended batteries produce a safe (from the point of view of the laser diode) output level. However, there may be some margin to play with — or there may not. If you feel lucky, go for it!

      However, another risk, is that after having painstakingly set the current or resistance or whatever for a brighter output, the next time you turn it on, the laser diode may blow! The reason is that when cold, as noted above, the optical output of a laser diode is greater for a given current and may exceed what the laser diode facets can tolerate even if it was well within safe limits with the laser diode warmed up. With no optical feedback, there is no protection against this possibility

    • But, in any case, how will you know when to quit before the laser diode is irreversibly damaged? And, in addition to exceeding the maximum rated output power as you crank up the laser diode current, an electrostatic discharge, a voltage spike from an external power supply, a noisy power adjust pot, or the phase of the moon on an alternate Tuesday, may be enough to blow it! By the time you notice a problem, it will likely be far too late for the health of your poor little defenseless laser diode!

      This really IS like playing Russian Roulette and my serious recommendation would be to leave well enough alone. Save for a more powerful unit or even just a 635 nm laser pointer if your current model is 670 nm (which will appear at least 5 times brighter for the same output power).

      If you do insist on modifying the circuitry, use an antistatic wrist strap, grounded temperature controlled soldering iron, and the proper desoldering equipment (if needed). At least then, you’ll know that it was more likely the changes to the circuit that blew out the laser diode, not your rework technique. )

      The same basic comments apply to boosting the output power of expensive green laser pointers (but of course there is much more to lose). The adjustment may vary current or for those that are pulsed (which are most of them), the duty cycle instead. With no thermal management, stability is likely to be significantly worse at higher power even if the laser diode survives. However, since 3 mW and 5 mW pointers may be physically identical inside and out, I don’t know whether they are sorted on the basis of power output before labeling or is just a matter of the setting of the power adjust pot — it probably depends on manufacturer/model.

      Having said that, I’ve heard of this being successful and I’ve also heard of at least one sample of a green laser pointer producing 36 mW out of the box. ) The vanadate/KTP crystals should be capable of much more than 5 mW, at least for awhile. However, in the samples I’ve seen, the discrete vanadate is mounted by just two tiny dabs of adhesive which could easily come unglued if the crystal gets hot (which it would with higher pump power). Green pointers using composite (e.g. CASIX) crystals would eventually suffer from the dark spot problem in the glue used to hold them together. There are instances of very lively pointers where just tweaking the OC mirror could result in increased power if not optimally adjusted originally. I’d consider this the exception though. Most likely, boosting power would require higher current to the pump diode which will result in shorter life or no life at all!

      Since the switch died in my green pointer, I said what the hell, and gave it a shot. (For crying out loud, why don’t they replace the switch with a soft touch type like in a calculator and a saturation driven transistor! Hell at $200 to $300 a pop that’s the LEAST they can do!)

      Well I didn’t expect 50 mW out at reasonable currents but I DID get around 15 mW of green out just by carefully tweaking on the three setscrews which adjust the OC mirror position. The only sacrifice was a slight decrease in beam quality so it looks oval instead of round, but for a pointer module, who cares anyway.

      It was cool not only seeing that kind of power from the pointer, but the mode patterns as well were rather interesting too. Some of the patterns were very beautiful. By turning the current up from it’s original 400 mA to 450 mA, it topped 25 mW, the max my low power laser meter reads! It’s rated for HeNe light, so i don’t think it responds the same for green. I think it gives a false low reading though, I KNOW it does for blue. (This is true for a typical silicon photodiode, possibly as much as 20 to 25 percent reduction at 532 nm compared to 632.8 nm. — Sam.)

      Going the other way I got green threshold at a mere 140 mA and rated power of 4.8 mW at around 250 mA. I’d LOVE to install a 2 watter pump diode in place of the 0.5 W? (tested at 0.4 W at 400 mA on my Ophir power meter set on shg/dye/argon setting) pump diode in it. I am fairly certain with that diode pumping the DPSS laser guts it would EASILY give out 75 to 100 mW. (See cautions, above. — Sam.)

      Other things of interest is the 1,064 nm IR was negligible in power, only about 0.03 mW and IS NOT BLOCKED BY THE LITTLE BLUE FILTER. When at 85 to 90 F pump diode leakage was negligible also, but if it’s cold, say 55 F pump leakage was over 50 mW but this IS blocked by the filter. It is also blocked by the filter in my power meter too so I had to remove it to take a reading. (The power meter probably also reads load at 1,064 nm. — Sam.)

      Despite the high power, this is not quite as much of a hazard as this was right at the output of the brass part, by the time it reaches the output lens it is reduced to only 7 mW or so and diverges very fast. The YAG beam is concentric with the green beam.

      The laser’s life as a pointer is over, but it is turned into a nice module. I replaced the cheap lens in it with a nice 1/2 diameter lens assembly from a target designator. The assembly also gives it the badly needed heat sinking the module calls for. The best part is though the beam is now about 1/4 diameter it has SERIOUS range and can go 25 feet and still be about the same size!

      What About Using Rechargeable Batteries in a Laser Pointer?

      This probably only makes any sense for power hungry green laser pointers since the batteries in red ones should last a long time due to their lower current drain (about 1/5th to 1/10th that of greens).

      The problem with using NiCd or NiMH cells to replace Alkaline types is that since the voltage is lower (1.2 V/cell versus 1.5 V/cell when fresh), the output may not be as bright if the pointer doesn’t include decent regulation or its compliance range is inadequate. Thus, it will be necessary to adjust or change whatever is used for current control in your pointer so it provides the proper current to the laser diode at the lower operating voltage of the rechargeable batteries. Note, however, that since the A-hr capacity of rechargeables is less than that of Alkalines, lasing time will be reduced if they are used. (This is somewhat compensated by the flatter discharge curve of NiCds and NiMH cells and your mileage may vary.) Of course, you risk blowing the circuitry and/or laser diode should you then install Alkalines, so you may not be able to easily go back to them. As with the other comments on modifications to laser pointers, this is quite risky both in terms of possible damage to the laser diode as well as being able to make any modifications to the teeny tiny circuit board if needed.

      I’ve have heard of people (apparently with money to burn), successfully doing this with a green ($$$) laser pointer. They changed the value of the resistor used to set the laser diode current and were able to get slightly more power at the same time (expected life unknown). (Interestingly, at the original power, the beam was TEM00; with increased power, it became multimode.)

      Using an External Power Supply or Wall Adapter for a Laser Pointer

      The quick answer is positively maybe. )

      For a red laser pointer which already has an internal driver circuit (not just a resistor), replacing the batteries with a regulated DC power supply having the same voltage as the batteries should work. Or, simply using external D cells instead of the internal AA or AAA or watch batteries will work wonders for on-time. If there is already a driver inside the laser pointer, the quality of the DC power isn’t that critical but don’t use an unregulated wall adapter since its output voltage may be double or more of the listed value when lightly loaded and it may also have a lot of ripple. But one that is properly regulated should be fine. If in doubt, measure the output voltage of the candidate adapter. It should be very close to the nameplate value if regulated.

      This should also work for green pointers since their drivers tend to be of decent quality. However, with the higher current they use, thermal issues become important and running some for more than a few seconds or minutes may result in overheating and if not damage, at least a reduction in output power and/or wild power fluctuations. Of course, given the higher cost of green pointers, there is more risk involved in any case.

      For the really cheap red laser pointers with no regulator, an external DC power supply can also be used but make sure it doesn’t do nasty things like spike or reverse polarity on power cycling. And, regulation is even more important.

      One caution is that there may be cases where the internal resistance of the intended batteries provide part of the regulation. This is unlikely to be an issue with red laser pointers using AAA or AA cells. But with watch batteries, it’s possible.

      Can I Increase the Life of a Laser Pointer?

      While the typical 5 mW laser diode may have a specified life in excess of 100,000 hours (8 years, yeah, sure!), one often finds that the $6.95 variety of laser pointers last a whole lot less than 8 years. ) It isn’t possible to provide a universal procedure that will get the most life from any laser pointer. However, knowing that excessive current and singular overcurrent events ruin laser diodes should provide a basis for some recommendations:

      • Run at less than maximum output. With a really cheapo design, this can be done by adding a small resistor in series with the batteries (a few ohms). Just enough to result in a noticeable decrease in brightnness. Yes, I know, you selected the thing based on the absolutely highest intensity you could find and want every photon of it!). For those with regulators, this may still be beneficial since it will reduce the stress on the regulator components.
    • Minimize on/off cycles. If you are running with an external power supply, consider leaving it on rather than pulsing it everytime you want a beam. Even with batteries, some compromise between battery life and laser pointer life may be worthwhile.
    • Redesign the regulator or add your own. ) This is left as an exercise for student!
    • You may be better off buying a better quality diode laser module as they will have the necessary current regulator using optical feedback and other laser diode protection circuitry. While diode laser modules are generally much more expensive than cheap laser pointers, there are some that are cheaper than fancy laser pointers (which still may be low quality inside). Got that. -)

      Electrical Modulation of a Laser Pointer or Diode Laser Module

      For applications like communications, and laser shows, the output of the laser must be able to be modulated, possibly at a high frequency. Where a system is being designed from scratch, this capability is straightforward, though not necessarily easy, to include. However, what about modulating an existing system? The answer really depends on how it was designed.

      • Cheap laser pointers with no current regulator: Ironically, these may be easiest to modulate. The Far East imports generally don’t even include any filter capacitors so applying a suitable signal as the power input should permit very high speed modulation. The driver must be able to supply the required operating current and be protected agains overshoot but beyond that, the laser diode will ultimately limit the bandwidth.
    • Laser pointers or diode laser modules with regulator: These generally include some filtering on the power input, possibly large enough to limit modulation via switching power on and off to a few Hz. It may be possible to remove, or reduce the size of the filter capacitors, but this must be done with care since the laser diode protection may depend on the value of these relative to the capacitance of the laser diode or attached to the laser diode. The result may be a very quickly dead laser.

      Another technique which is best for high speed modulation is to add a direct input via a resistor (both directions) or resistor and diode (one direction) to add or subtract current from the laser diode. The optical feedback wlll attempt to maintain a constant output power but since that is generally heavily filtered, will not respond fast modulation. Of course, care must be taken to assure that the maximum current can never exceed the rated value for the laser diode.

      (From: Tom Becker.)

      I’ve been using a technique that has worked without failure for a long time, on both a 5 mW 635 nm module and a 40 mW 780nm module with an appropriate resistor change. It simply steals laser diode current, allowing the automatic power control to function normally. This permits modulation at megahertz rates. I’ve used it to carry a 10 MHz serial data-stream. See Tom Becker’s Diode Laser Module Modulation Modification. The original you’ll recognize as very common — with my modifications asterisked.

    • Laser diode modules with modulation input There are two types of modulation that may be supported: Analog and digital.
      • With analog modulation, the output intensity should be related to input voltage between limits. For example, a 0 to 1 V signal may result in an output between that varies between 1 and 10 mW. The limits may be adjustable (gain and offset). A maximum modulation frequency may be specified but unless the datasheet explicitly lists what this means, it could be at the 3dB point, some other reduction in output amplitude, where the output can no longer swing fully on and fully off, or something else. Where the input is AC coupled, there will also be a lower limit greater than DC/CW.
      • With digital modulation (often specified for TTL input levels, 0 V for a logic 0 and +3 to +5 V for a logic 1), the output can be controlled between two intensities. These may be adjustable. What happens in between the logic 0 and 1 input levels is undefined. There will usually be a maximum modulation rate specified which may be a frequency or a minimum high/low pulse duration.
      • There is no standard for either type of modulation. The only way to know for sure what the specs really mean is to contact the manufacturer and hope they know what the specs really mean. )

        Science Toys has some suggestions for doing this on their Light and Optics Page hoping you’ll buy the components from them. But there’s a good chance what’s in your junk drawer will work just fine with a Dollar Store laser pointer.

        Optical Modulation of a Laser Pointer or Diode Laser Module

        It’s a cute idea: Introduce an external light source to ‘fool’ the internal optical feedback circuit into thinking that the laser power is higher than it should be. The driver will then cut back on current to compensate. If you shine certain laser pointers at a mirror, their output will drop dramatically. However, this effect may be due to the monitor photodiode sensing the added light and cutting back on laser diode current, or due to light getting inside the laser diode cavity and messing up lasing. Apparently, the latter effect as unlikely as it sounds, may be the one that is more likely, at least with certain models.

        One way to tell which effect is causing the change in output power is to measure the laser diode current: If it drops with the reflection, the cause is likely the simple optical feedback mechanism. If on the other hand it increases, then laser instability is likely. Also see the section: Causes of Laser Pointer Output Power Changing When Directed at a Mirror.

        Even if the photodiode sensitivity is the cause, several factors conspire against this being a viable technique in general (though it may work with specific devices):

        • The monitor photodiode (PD) is deliberately made quite insensitive since it ‘sees’ about the same amount of light as is produced at the laser diode’s output but from the rear facet. So, it’s bathed in light which is quite strong compared to anything that could be introduced externally unless it is another laser.
      • Hitting the PD would also be quite a challenge. Although it is relatively large at least in comparison to the laser diode (LD) chip, it sits behind it and may be partially blocked. So, any external source would have to adjusted to focus on the PD after passing though the collimating lens of the laser pointer or diode laser module.
      • The laser diode drive circuitry likely includes some amount of filtering using large capacitors. This would seriously limit the frequency response.
      • And, if it is actually a lasing interference effect, good luck succeeding in getting anything to be repeatable or stable unless you have a granite block or sand-box holography setup. )

        If you still insist on experimenting, be aware that while this appears to be safe for the laser diode, there is no way of knowing for sure without tests. There could be funny resonances in the driver that will blow your laser diode at certain frequencies! And, if the effect is due to lasing instability, the regulator may attempt to boost the current to compensate resulting in possible overheating of the laser diode, driver, or both.

        My informal experiments have turned up both effects, one of each for a couple of laser pointers and quite noticeable photodiode based power suppression with an NVG D660-5 (just happened to be one I tried) on an optical feedback regulated driver — shining a laser pointer into the laser diode window resulted in almost total supression of lasing. I suspect that the pointer affected by interference inside the cavity went into overcurrent or thermal shutdown (as it refused to lase at all for several seconds after the test). And, a few days later, it was obvious that the output power had decreased and the beam pattern was messed up, a sure indication of facet damage, which probably happened immediately but I just didn’t notice it.

        Causes of Laser Pointer Output Power Changing When Directed at a Mirror

        The following discussion resulted from the claim (mine and others) that reflecting the output of a laser pointer or diode laser module from a mirror might result in a decrease in output if it had optical feedback for power regulation. On one laser pointer I have, there is absolutely no effect. On another, output power drops by at least 50 percent. My assumption was that it was the light reflected back and falling on the monitor photodiode that caused the effect and not some weird interference to the lasing process. But given what is described below, I’ll concede that in many cases, it may indeed be the latter.

        It does seem that relatively low reflected power back to the laser diode can affect lasing. This has been used to advantage in narrowing the line width of common laser diodes with an external cavity. See, for example, U.S. Patent #4,907,237: Optical Feedback Locking of Semiconductor Lasers.

        One way to tell which effect is causing the change in output power is to measure the laser diode current: If it drops with the reflection, the cause is likely the simple optical feedback mechanism. If on the other hand it increases, then laser instability is likely.

        However, suppose the returning beam hits the monitor photodiode. Since the outgoing and return beams are mutually coherent, interference fringes will be formed on the surface of the photodiode. If they are large enough as they would be with very good alignment of the outgoing and return beams, and a minima were to dominate the surface area, the feedback circuit would think that the power was too low and increase current — possibly to destructive levels.

        Another possibility is that the return beam from the mirror precisely hits the output facet of the laser diode. While this is a very small area, it only needs to happen for an instant. The result is an extended cavity which suddenly has a much lower loss due to the higher reflectance of the external mirror compared to the cleaved facet. The result is a virtually instantaneous increase in intracavity power and if the laser was running close to the COD (Catastrophic Optical Damage) limit, poof goes the laser diode. This would be more likely with a constant current driver but even in constant power mode, the increase in intracavity power would take place in less than 1 nanosecond — much less than the response time of the feedback circuit.

        One variable that can be played with in any experiments of this type is the divergence of the beam: A collimated beam will be much more likely to result in interference or instability effects as it will be returned with virtually the same wavefront.

        Adding a polarizer or polarizing beamsplitter aligned with the diode polarization followed by a quarter wave plate would suppress most back reflections. A very expensive optical isolator would eliminate them almost entirely.

        CAUTION: I have both first hand experience of damage to a laser pointer diode and have also heard of diode failure from others that may have resulted from these sorts of experiments. A very nice laser pointer I have never quite recovered after seeing its reflection and is now operating at about 1/4 power with very noticeable facet damage. Others have reported instantaneous damage to single mode (TEM00) laser diodes from reflections having eliminated other possible causes. High power (e.g. 35 mW and above) seem particularly vulnerable.

        (From: John, K3PGP (k3pgpalltel.net).)

        This is pretty much my findings here also.

        However, since laser pens seem to be built as cheaply as possible there are NO standards! What works with one may not work with another. This has caused me untold grief when trying to discuss most anything about laser pens!

        I have a few laser pens here that go nuts when you aim them at a mirror. With some pointers the mirror has to be precisely aligned much the same as the mirrors at the ends of the laser cavity itself. With others the alignment isn’t as critical. These same pens seem to be unaffected by other light sources shining back into the laser including light from another laser pen with the same approximate wavelength.

        I think the important fact to those those units that were affected is whether or not the incoming radiation was precisely the same frequency as the oscillation in the laser cavity. When this experiment is set up with a pen that is sensitive to this effect, EVERYTHING affects the setup, even the slightest vibration which makes sense (to me anyway!). It kind of reminds me of the Michelson Interferometer or a holographic setup. I assume this interference effect is the same effect noticed with many HeNe lasers where no power sensing diode is involved.

        (From: Sam.)


        That would seem to confirm the hypothesis that interference with the lasing process is taking place, at least for those cases. I’m surprised they would be so sensitive.

        (From: John.)

        These pens seem to be somewhat rare though as most of the laser pens that I have don’t seem to care what you shine back at them. Since laser pens differ so widely from one manufacturer to the next and even between identical model numbers from the same manufacturer I’m not sure if the differences are being caused by the use of different laser diodes or perhaps this effect is somewhat critical as to the amount of current passing through the laser diode or something else?

        (From: Sam.)

        Conceivably, the sensitive laser diodes are being operated on the verge of mode hopping or something like that but I’m more inclined to believe it is just a sample to sample variation or laser diode model dependent.

        (From: John.)

        When trying this experiment with several different HeNe lasers I’ve also noticed that some are effected to a much larger extent than others. I’m not sure why this is. Maybe it has something to due with the gas mixture, the pressure, the current passing through the tube, or what else?

        (From: Sam.)

        Also mirror reflectivity and curvature. The gas mixture, pressure, and current are probably less of an issue as long as it is running somewhere around the correct conditions.

        When you reflect a beam back into a HeNe laser, it’s only .5 to 2 percent of the strength of the output beam and order of .01 percent of the strength of the circulating photon flux inside the tube unless the external mirror is very close to being parallel to the output mirror. Then, there will be multiple bounces and much of the light makes it back to the cavity. Hmmm. The distance also matters due to interference effects and the curvature of the mirrors affect the shape of the wavefront. Possibly HeNe lasers with close to planar mirrors are more sensitive to this. However, just the light bouncing back and forth and interfering with itself outside the cavity can confuse the observations. What a mess. )

        Disassembling a Laser Pointer

        In the old days before the dinosaurs roamed the Earth and even before cell phones, laser pointers may have been constructed in a such a way that they could be taken apart and put back together again. Regrettably, that is no longer the case. Among your options are a hacksaw, lathe, hammer, and Dynamite — or something stronger. ) It can be done but don’t expect to get the pieces together again, at least not in an aesthetic package.

        For red laser pointers, note that some/many/most of the newest and cheapest imports may not even use a packaged laser diode — the bare chip is attached directly to a metal header next to the lens. I wouldn’t be too optimistic about repair or reuse of one of those.

        The deconstruction process for a typical green (DPSSFD) laser pointer — a much more complex device than the red variety — is shown in the Laser Equipment Gallery (Version 1.47 or higher) under Dissection of Green Laser Pointer.

        Problems with Really Cheap Laser Pointers

        I couldn’t resist picking up 23 supposedly dead key chain-style laser pointers on eBay. These were supposedly dealer returns which could mean anything from the buyer didn’t know how to insert the batteries to they were used for 1,000 presentations and then taken back to the store with a claim of being defective (yes a few were obviously well worn). ) They are the type that come with zillions of pattern heads (actually 5 to 12 including the only one that is useful — the clear one), just use a resistor to limit current to the laser diode (no driver) from the 3 watch-style button cells, and were all made in China, probably by the same manufacturer. While there were minor variations in case styles, they were all similar in construction to Components of Simplest Red Laser Pointer internally.

        Despite their simplicity, the power and beam quality are generally comparable to the older more complex red laser pointers, though the overall manufacturing quality and consistency leaves something to be desired (see below) but what do you want for a couple of dollars?

        Interestingly, the boxes and safety labels state: 1 mW, 3 mW, or 5 mW without any correlation to the package description of Hi-Output Key Chain Laser. And, they list Class II Laser Product or Class III Laser Product apparently at random. So much for safety regulations. )

        Here is a rough breakdown of their condition:

        • Missing or damaged battery insulator: 3.
        • Poor contact between end-cap and case: 3.
        • Intermittent connections: 2.
        • Weak or dead due to bad laser diode: 4.
        • Poor fit, hard to assemble, but usable: 5.
        • No problems found (cockpit error or bad batteries): 6.

        Note that a defective or damaged laser diode were no more likely than anything else (and one of these would actually lase but only with 4 cells instead of 3). All the others with actual problems could be repaired easily except for those that were intermittent which would require extracting the guts from the case. The problem in the one sample I disassembled was bad contact in the press-fit connection between the cast metal lens housing and copper of the circuit board on which the bare laser diode chip was mounted. The beam focus on all the pointers was decent. Power on all except the weak or dead ones was probably between 1 and 3 mW (I didn’t measure it). About 2/3rds of the batteries were in new or close to new condition, charge-wise. A large precentage of the bad ones were bulging and a couple had non-explosively disassembled themselves, likely due to a short circuit as a result of the defective or missing battery insulators.

        One nice characteristic of these pointers is that their output power can be varied smoothly either by using a variable external power supply or by adding a pot in series with the batteries or power supply. Just make sure the power source — be it a wall adapter or lab supply — is well behaved and can’t overshoot or be accidentally set much above the approximately 4.5 V of fresh batteries. At 4.5 V in, a 100 ohm pot will vary the output power from below lasing threshold to maximum. The beam was still decent below lasing threshold (from LED emission) and would be acceptable for applications not requiring the narrow line width and better coherence of a true laser.

        Can a Fried Laser Pointer or Diode Laser Module be Repaired?

        Suppose someone offers you a diode laser module that has been damaged by applying incorrect power (the smoke all leaked out) for $5. Should you accept it? Is there any hope that the laser diode itself survived?

        The quick answer is a definite maybe IFF the module or pointer can be opened for examination or repair. If it is a potted block, forget it.

        The chances of success are much greater for a diode laser module since it is likely to have a proper laser diode driver with current regulation and optical feedback. These are typically so over-designed that while applying excessive voltage (well, within reason, not 120 VAC to a 5 VDC module!) or incorrect polarity may blow some components, chances are that the laser diode itself won’t feel a thing and will survive unharmed.

        Assuming you can get inside, repair should be possible. And, even if you end up having to replace a 5 mW laser diode (for, perhaps $10), you have made out well. High quality diode laser modules go for anywhere from $50 to $300.

        However, depending on design, a laser pointer could be totally destroyed by even modest overvoltage (say 5 V instead of 3 V from 2 AAA batteries) or reverse polarity. Some of these don’t have anything more than a resistor for current limiting. So the laser diode could very well have been damaged or turned into a DELD (Dark Emitting Laser Diode) or expensive LED. All you may end up with is a nice (or not so nice) case. -( Of course that in itself may come in handy to package your own laser diode and driver — ignoring what was originally there. However, see the next section for more on this exciting topic. )

        Repair of Diode Laser Pointers

        The following applies to laser pointers containing just a battery, driver, laser diode, and optics. For now, this is only the red variety though pointers using the Nichia violet laser diode, as useless and expensive as they may be, would also qualify. ) For green or other DPSS laser based laser pointers, there is the additional complexity of the DPSS laser module itself. See the section: Repair of DPSS Laser Pointers. And, for older style helium-neon laser based laser pointers, see the chapter: HeNe Laser Testing, Adjustment, Repair.

        With prices as low as $2.00, serious troubleshooting and repair of a cheap red laser pointer probably isn’t worth the effort, time, and expense. But if you have one with 58 pattern generating heads or just want the educational experience, there may be a possibility of repair even though many of these things are not designed with user serviceable parts inside.

        Refer to Typical Red Laser Pointer for a general idea of what to expect. The detailed disassembly procedure will depend on the exact model. A combination of screw, press-fit, and glued construction is likely. Non-destructive disassembly may not be possible for some.

        • Focus adjustment: Where there is no external focus adjustment, it may be possible to remove the front bezel and then access an internal focus ring. With luck, it can be turned with a flat blade screwdriver or other suitable tool to tweak for best focus. Take care not to scratch the soft plastic lens. However, it may be necessary to remove a bit of glue locking it in place. If the entire lens assembly is glued — no threaded barrel — adjustment may not be possible.
      • Water damage: If the pointer got seriously wet, immediately remove the batteries and get as much liquid out as possible. If the liquid was just plain water, waiting long enough for it to completely dry (perhaps with modest assistance from a heat gun or blow dryer on the low setting) before replacing the batteries may be all it needs if nothing got on the inside of the optics. However, if the liquid was something other than plain water, particularly a corrosive substance like salt water, complete disassembly and cleaning will be required. Where the laser diode is in a hermetically sealed (usually 5.6 mm) package, quick action should permit the pointer to be salvaged. However, with some newer really cheapo units using bare laser diodes, any contamination that reaches the laser diode chip may be bad news indeed. In the latter case, very careful cleaning with pure alcohol or acetone may save it but this has to be done before attempting to power the diode — anything on the facet while powered may be terminal.
      • Physical damage: Where parts are actually broken, replacement may be the only option. For the collimating lens, something from a CD player may actually be good enough. However, suitable lenses can now be obtained from many laser and electronics distributors.
      • Here are possible problem areas for a pointer that is weak or dead and hasn’t been run over by a Sherman Tank:

        • Battery: Test under load or replace. Confirm that the cells are correctly oriented. For most laser pointers, the positive points away from the driver, opposite of a flashlight! Check for dirty or corroded contacts and clean if necessary.
      • Switch: Using an ohmmeter, check for reliable operation of the push button switch. Replacements may be obtained from a service parts supplier (they are often similar to those used on VCRs and other consumer electronic equipment).
      • Laser diode driver: Look for cracked solder connections, particularly at the switch and where the laser diode attaches to the driver board — these get abused. If there is a power adjust pot, mark its exact location and then turn it back and forth a couple times to clean its track. Test any diodes and transistors for shorts and opens. If there is an IC and it has a part number that can be identified, search out the datasheet.
      • Laser diode: See the sections starting with: Determining Characteristics and Testing of Laser Diodes to determine if the laser diode is still good. It may be possible to replace a bad laser diode but the operating current and monitor photodiode (if used) current specs would need to match fairly closely. This could be an opportunity to improve the visibility by using a shorter wavelength laser diode like 650 nm instead of 670 nm. However, avoid the temptation to increase the output power above the original 5 mW rating. Not only are higher power diodes much more expensive and just as easily blown, 5 mW is the legal maximum (I had to say it).
      • Cleaning Diode Laser Module Optics

        Note: There are additional considerations when cleaning the optical pickups found in CD and LD players, CDROM drives, and other optical storage devices. For more information, see the document: Notes on the Troubleshooting and Repair of Compact Disc Players and CDROM Drives.

        There are at least 3 surfaces that can collect dirt — the two sides of the lens (it is probably a single element) and the exterior of the laser diode window. However, in all likelihood, only the exposed surface of the lens will need cleaning.

        First, gently blow out any dust or dirt which may have collected inside the lens assembly. A photographic type of air bulb is fine but be extremely careful using any kind of compressed air source. Next, clean the lens itself. It may be made of plastic, so don’t use strong solvents. There are special cleaners, but isopropyl alcohol usually is all that is needed. 91% medicinal should be fine, pure isopropyl is better. Avoid rubbing alcohol especially if it contains any additives.

        Lens tissue is best, Q-tips (cotton swabs) will work. They should be wet but not dripping. Be gentle — the plastic (probably) or glass and particularly the anti-reflection coating on lens is soft. Wipe in one direction only — do not rub. Also, do not dip the tissue or swab back into the bottle of alcohol after cleaning the optics as this may contaminate it.

        The alcohol should be all you need in most cases but some types of dirt (e.g. sugar) will respond better to just plain water.

        The inside surface of the lens, any other optics, and the window of the laser diode can be cleaned in a similar manner should this be necessary. Usually, it is not.

        Do NOT use strong solvents (which may attack plastic lenses) or anything with abrasives — you will destroy the optics surfaces.

        CAUTION: Lenses or other optical components may be bonded or mounted using adhesives that are soluble in alcohol or acetone (but probably not water). Don’t make the mistake I made and use too much solvent. I still have not found the tiny collimating lens that popped out of a laser diode module and is now likely lost forever to the basement floor. Crunch :-(.

        Damage to Camera Sensor from Laser Pointer?

        Even a 1 mW laser beam can potentially produce permanent damage to the CCD or silicon sensor array insid e a video or still digital camera.

        If the camera is focused at infinity, a collimated laser beam will be focused to a tiny spot on the image sensor. Whether damage will occur depends on many factors including the type of image sensor, quality and focus of the optics, and how long the beam is held in one place. A 1 mW beam (much less than what some laser pointers produce) is roughly equivalent to the brightness of the noonday Sun at the equator on a clear day and when focused to a 10 um spot (the approximate size of one pixel on a typical video camera) it becomes 10,000 times more intense! Needless to say, pointing a camera at the Sun is generally not recommended.

        Anatomy of Fiber-Coupled Laser Diodes

        Fiber-coupled laser diodes or diode lasers — same thing — aren’t the sort of thing you will find at your local K-Mart but may turn up surplus from communications, medical, or other applications requiring delivery of a high power laser beam over a fiber optic cable.

        WARNING: Class IV laser products — the output from the fiber will destroy vision and set things on fire!

        CAUTION: When using fiber-coupled laser diodes (or any high power fiber-optic system), the cleanliness of the fiber ends is critical. Any speck of dirt or contamination will be burnt to a crisp by the high optical power density. In addition to the immediate power loss due to absorption and scatter, the thermal effects may damage the fiber (requiring cleaving, remounting, and repolishing). And back-reflections can actually damage the laser diode shortening its life or resulting in a permanent power loss and/or instability.

        Fiber-coupled laser diodes are much easier to use than bare laser diodes even though they still need an external high current driver. (Of course, they are also much more expensive.) Aside from the physical protection provided by the packaging, the output of the fiber is a nice circular beam with modest divergence (about 16 degrees full angle) which doesn’t require correction for astigmatism or asymmetry. Thus, simple lenses can be used for collimation and focusing. I’ve used a good sample of the 808 nm version of the first laser described below to pump the guts from a green (DPSS) laser pointer just by holding the end of the fiber next to the Nd:YVO4 crystal. After adding a coupling with a GRIN lens for focusing, I can get a few mW of green light from it though I suspect the diameter of the pump beam is still larger than optimal. These will also easily pump the CASIX DPM0101 and DPM0102 Nd:YVO4 /KTP composite crystals as well as other microchip lasers.

        A typical unit is shown in Typical Presstek Fiber Coupled Laser Diode along with a fiber focuser/collimator. This model was probably actually manufacturered by Opto Power and will thus have similar internal construction to the one described below. However, these and similar laser diodes from graphic arts platesettings and similar equipment generally operate at between 820 and 880 nm which is NOT a useful wavelength range for DPSS laser pumping. So, just because it walks and talks like a fiber-coupled laser diode does not mean it will of value other than as a burning laser. ( 🙂 Typical characteristics of platesetter diodes can be found in the section:

        (Note that Opto Power is now part of Spectra-Physics but these lasers predate the merger which may be one reason for the very different types of technology used in the construction of the first three lasers, below).

        Opto Power Corporation Fiber-Coupled Laser Diode

        WARNING: The output beam of high power laser diodes with an attached microlens (or other collimating optics) is much better collimated than we are used to for laser diodes — closer to that of a real laser. The divergence (total at the half power point) is typically 10×4 degrees as opposed to 10×40 degrees for a bare laser diode. What this means is that both the direct beam and any specular reflections are MUCH more dangerous to vision even several feet away from the source. Even the reflection from a shiny IR detector card can be dangerous. This is especially scary for people who have become complacent working with laser diodes being used to beams that spread out to safe levels in a few inches.

        The overall package is 1.5(L) x 0.75(W) x 0.5(H) and is made of a block of gold plated brass with a milled cavity. There are red and black wires for power and a single-mode fiber with SMA 905 connector for beam delivery.

        After prying off the Epoxied lid, the following can be seen:

        • The laser diode is an open heatsink device similar or identical to the Spectra-Physics (now Newport) Prolite SCT open heatsink semiconductor laser. (Go to Newport and search for Prolite SCT. It includes reverse polarity protection in the form of a second laser diode chip wired in parallel with the primary laser diode. (It may actually lase if driven with enough current but since it’s mounted upside-down and there is only one bonding wire, it would probably fail at a relatively low drive current. The beam also isn’t anywhere useful.) The heatsink is fastened to the case with a 2-56 cap screw. In between is a metal thermal washer (probably indium, no silicone).
      • Multiple gold bond wires connect the laser diode to a ceramic circuit board just for connections to the external power supply wires (there are no components on the circuit board).
      • The fiber cable enters a hole on the side and is securely fastened with Epoxy. At the point where it enters the interior of the package, the central fiber is entirely naked. )
      • The fiber end is located precisely in front of and nrealy against the output facet of the laser diode by a blob of Epoxy on a bit of ceramic midway between the wall of the package and the laser diode. The length of the output facet and size of the fiber core are similar — order of 100 um. Therefore, the fiber end must have been adjusted for maximum output coupling using an XYZ micropositioner (there is evidence of a little mark where it would have been attached). Then the Epoxy would have been UV cured to lock the fiber in place. Interestingly, the fiber isn’t supported beyond the Epoxy — about 1 mm sticks out. So, I imagine that tapping on the unit while operating would cause the laser output to be modulated at least somewhat.
      • There is a cylindrical microlens glued to the edge of the laser diode heat sink to reduce the vertical divergence and gain more efficient coupling to the fiber. It’s hard to make out in the photo and not obvious even under a microscope but the optional use of such a microlens to reduce vertical divergence to about 6 degrees is mentioned in Opto-Power’s description of their unpackaged laser diodes.
      • A similar unit yielded the following test results:

        Given the relatively high threshold, this diode is probably good for at least 1.25 W but I have only tested it to 1 W.

        Opto Power Corporation High Power Fiber-Coupled Laser Diode

        Here are a couple of other lasers that yielded to my set of hex wrenches — no chisels or cutting torches required. They were mostly dead prior to surgery so no need to call out the SPCL (Society for the Prevention of Cruelty to Lasers!

        These two are strange. They have a rated output power of 3 W into a multimode fiber. Input voltage is the usual 2 V but the operating current is supposed to be about 10 A (when new) with a recommended current limit on the driver of 20 A. They only differ in wavelength.

        Both had problems with low output power after relatively minimal use — probably a few dozen hours at most. Much of it could be restored by readjustment of the internal alignment — which is surprising for a packaged laser diode. However, as you will see, these aren’t ordinary diode lasers! But at least almost everything is adjustable, if I only knew the proper procedure

        The model number of the first one is OPC-D003-814-HB/100. Its spec’d wavelength is 814 nm special ordered to pump Nd:Mg:LiNbO3 (Neodymium doped magnesium doped lithium niobate, which incidentally lases at 1,084 nm.) However, when running at low power or with suitable cooling, will operate at 808 nm. The package is large — about 15 cm in length. See Opto Power High Power Fiber-Coupled Laser Diode — Overall View. A closeup of part of the interior is shown in Partial Interior View of Opto Power High Power Fiber Coupled Laser Diode. (Removing the rest of the case is possible but more work than I could justify just to show the really boring output optics!) The description below applies to both models:

        • The emitter is probably a small laser diode bar, about 5 mm in width. The product blurb calls it a diode laser array.
      • The diode’s output goes through a cylindrical microlens to collimate the vertical (fast) direction.
      • Then it goes to a glass strip I can’t really identify — it looks to be a wavy structure with about a 1 mm period. The beam that exits this thing is about 5 mm wide with a half dozen or more very distinct peaks in intensity (but only if the diode is actually lasing — when below threshold and just acting as an LED, the intensity profile is quite smooth). On other high power diode lasers, a similar wavy thing is called an integrator or homogenizer and serves to make the beam profile more uniform. Here it probably means that they don’t attempt to line up each of the emitters with an entry point on the mirror (see below) but want the beam uniform.
      • The beam then hits a thin glass plate with mirror coatings over very specific areas on both sides positioned at around a 45 degree angle in both X and Y which obviously can be very precisely adjusted and then clamped down. It appears as though the horizontal beam hits a tranparent area of the coating on the front surface and then sub-beams are channeled by multiple reflections and lined up vertically into a single beam before going to the subsequent optics. This must be the magic Opto Power had been touting when they marketed these lasers. ) In essense, it breaks up the diode’s output into a series of spots that are single mode vertically and multimode horizontally, and stacks them vertically so the slow (multimode) axis is narrowed at the expense of the fast (single mode) axis. The result would be similar to taking a series of smaller multimode diodes (e.g. 1 W, 100 um stripe) and arranging their emitting apertures in a vertical stack, but at lower cost.

        The original paper is probably Two-mirror beam-shaping technique for high-power diode bars, W. A. Clarkson and D. C. Hanna, Optics Letters, vol. 21, no. 6, March 15, 1996.

      • Then on to a short focal length cylindrical lens (oriented vertically) followed by a longer focal length cylindrical lens and a short focal length spherical lens to focus it into the fiber core. This is conventional beam shaping.
      • A monitor photodiode picks up scattered/reflected light for optional optical feedback control.
      • A temperature sensor is included but no TEC. In the original system, the fiber-coupled laser diode was mounted on a massive TEC which was on a massive forced-air cooled heatsink. Given the maximum power dissipation, water cooling might be preferred.
      • This particular unit originally had no output and might have been dropped as the final focusing lens has slipped vertically in its set-screw locked mount. Fixing that was easy, but someone (I won’t name names!) had attempted to adjust the angular plate before realizing the lens was out of position. So far, I have been able to get what would be around 2.24 W at 10 A (only tested to 4 A) into a 100 um core multimode fiber (which is what’s called for in the spec) though the diode inside should be capable of around 5.5 W at 10 A (based on my measurements to 3 A). This represents about 40 percent of the output of the diode making it into the fiber. With the original 100 um core fiber that came with the laser, the performance is really dreadful — I suspect that particular fiber is damaged. With a wide (500 um) core fiber, most of the light available at the output of the focusing lens does make it into the fiber. This suggests that the problem may be not so much in getting light to the output optics, but shaping the beam in such a way that most of it can be coupled into the 100 um core fiber. I have carefully adjusted the fiber mount in X, Y, and Z, so that should be close to optimal. The magic angled plate may still be seriously misadjusted (but I doubt it) or damaged, and the focusing lens may be a bit out of position though I doubt that’s the cause. The diode may be weak — it did have a run in with our killer driver — one that tended to zap laser diodes at random due to overcurrent (though it’s hard to comprehend how even that unit could damage a diode perfectly happy with 20 A!). The slope efficiency is 0.68 which is somewhat low this type of diode but that could be due to losses from the (non-AR coated) microlens and rippled plate.

        The only values that were actually measured were the bare diode at 2 A and to determine threshold, and the fiber outputs up to 3 A. The others were estimated. That’s why some of the numbers seem so perfect! My LaserCheck already had enough burnt spots in its plastic case. )

        Fine tuning the alignment (including those optics I haven’t yet touched!) might restore the missing power but I doubt that’s really possible in finite time while remaining sane without the original factory jigs and setup procedure. Or justifiable given that I currently don’t have a good use for this beast. Devices like the much smaller, simpler, more efficient Opto Power fiber-coupled laser diode described above are perfectly adequate for an output power up to 1 or 2 W. Of course, this one should still produce full power at way below the recommended 20 A current limit so perhaps I shouldn’t be complaining very much. A 3 W fiber-coupled laser with a 100 um core fiber is rather impressive. The original price was also rather impressive — just under $6,000. )

        At least I was able to use the 100 um fiber to pump a CASIX DPM0102 green DPSS composite crystal and get some green light! However, at around 3 A and 35 pounds (including driver), this would have to be the biggest most inefficient laser pointer on the face of the Earth. )

        The other unit has a model number of OPC-D003-980-HB/100. Its wavelength is 980 nm which is used to pump erbium doped materials that lase in the area of 1550 nm (actually over a range of more than 50 nm). Much of this diode’s output makes it though the optics but less gets into the fiber. The threshold is much lower as well though the slope efficiency isn’t very good. Realignment of the angled plate and fiber connector was required on this one as well even to get to this point. Originally, there was very nearly exactly 0.00 mW making it to the fiber but no evidence of trauma:

        As above, the only values that were actually measured were the bare diode at 2 A and to determine threshold, and the fiber outputs at 2 A. The others were estimated.

        My conclusions from examining and aligning these lasers is that while the design is clever, it’s way to finicky. Both of these lasers had seen relatively little use in a university lab environment. While one had probably been dropped knocking the focusing lens out of position, it may have already been weak when that happened. Possibly just repeated thermal cycles resulted in various optics like the angled plate walking away from proper alignment. None of the adjustable internal optics had any adhesive to lock their position, generally common in other lasers.

        Both of these specimens probably date from the mid 1990s. Nowadays (2008), companies offer micro-optics to do the same thing with much higher efficiency that are both considerably smaller, are easier to align, and are more robust. One example is the LIMO Beam Transformation System (BTS-150/500D) and Hybrid Optical Chip (HOC) for coupling of laser diode bars with 19 emitters spaced 500 um apart, into a multimode fiber, with an efficiency of 70 percent for a 200 um core diameter.

        Spectra-Physics Fiber-Coupled Laser Diode

        This is an 803 nm unit with a power output of around 1 W model unidentified. It’s application is also not known. Correction optics consist of a short focal length collimating lens glued to the rectangular diode H package to collimate one axis, a cylindrical lens to correct the other axis, and an adjustable (in X,Y,Z) focusing lens to get the light into the fiber core. The distance from the focusing lens to the fiber tip (Z) is quite critical but the position of the fiber in X and Y has a broad peak since the beam into it is quite well collimated and smaller than the lens.

        Spectra-Physics High Power Fiber-Coupled Laser Diode Bar

        Unlike the Opto Power unit above, this Spectra-Physics FCBar places a special 19 core fiber end in close proximity to a 1.5 cm laser diode bar. See Spectra-Physics FCBar Fiber-Coupled Laser Diode Bar — Overall View and Spectra-Physics FCBar With Diode and Fiber Separated. The large black object is a relay which shorts the laser diode terminals when no power is applied. There is also a personality EEPROM on the PCB. There is a fiber microlens for fast-axis collimation. Since the fiber cores are relatively large (probably around 200 um), high efficiency coupling can be achieved as long as they are relatively close and aligned with the emitting apertures. Clamps and screws allow the tip to be positioned precisely so each of the 19 cores aligns with its mating aperture, close but not touching — about 0.1 mm in the samples I’ve seen.

        There is a temperature sensor but no TEC. The module was designed to mount on a cold plate fed directly by a hermetic recirculating chiller, water chiller, or tap water.

        At the other end of the armored cable, the 19 fibers terminate in an FC connector with a large multimode core. Why 19 fibers? Probably because 19 cylinders pack nicely into a nice hexagonal array with a somewhat circular perimeter. The series is 1, 7, 19, 37, 61. Of course, other values will work and for most applications it doesn’t matter. The lower power version of these modules use a 7 core fiber.

        The laser diode bar has a threshold current of about 6 A and should be capable of at least 15 watts of output from the fiber. It was part of a solid state laser which was pumped by a pair of these FCBar modules. The output power of the solid state laser at 1,064 nm was probably around 10 W. I plan to test this diode further in the near future. Another unit I am testing has a threshold of 12 A, with a maximum rated output of 26 W. Its output at 25 A is 10 W with 22 W at about 40 A. Based on the test data for a similar new diode, it’s a bit weak — 26 W at 40 A is typical. But it would probably still meet rated specifications. The model number is DMJ-ZLM-24-08. It’s called an FRU Diode Module.

        A datasheet for the versions of these diodes in current production (but without the electronics) would appear to be a version of the Spectra-Physics (now Newport) Prolite SCT series. (Go to Newport and search for Prolite SCT.) The exact models may not be listed here as there may be versions with intermediate rated output power (like the 26 W) not shown. But, it should be possible to interpolate power and current to get a reasonably accurate idea of the behavior.

        And, placing a CASIX DPM0102 composite crystal next to the diode array produces nice multiple (up to 3) parallel beams of green light. )

        I’ve come across several fiber coupled laser diode array modules which have a symptom of an almost dead short across the diode even with all other components (relay, reverse protection diode) disconnected. Upon disassembly, there was a very obvious carbonized area on the face of the diode as well as carbonized crud on the face of the fiber tip. I have preliminary results of repair attempts on two such modules. There is no way to get full power as one or more of the individual diodes has basically blown up. But some or most of the remaining ones may be salvageable.

        I believe the cause of these failures is contamination or moisture getting onto the front facet of the laser diode array. The modules that have failed in this way are not hermetically sealed due to the passage of the thermistor temperature sensor leads through oversize holes in the PCB. Three units arrived in this shorted state. One unit failed while I was attempting to cool it on one of those ice packs used for keeping your lunch cool and I expect there was condensation.

        Of course, if you have the big $$$ available, replacing the laser diode assembly itself is likely to be much more useful than the kludge below. Then, it would be a simple matter of realigning the fiber cable. But, the diode will have to come with the fiber microlens for fast axis collimation (added $$) and its individual emitting apertures must have the same spacing (pitch) and similar size compared to the original. In cases where that was a custom OEM part, a suitable replacement may not be available.

        The following is not something you should admit to in the presence of your boss, if he/she has anything to do with laser diodes. It’s a long shot but if the alternative is the trash, there is nothing to lose. Here’s the procedure. No guarantees of anything! Refer to Spectra-Physics FCBar Fiber-Coupled Laser Diode Bar — Overall View.

        1. Detach the fiber-optic cable assembly by removing the two screws holding it to the silver colored block of the FCBar module. Once the cable is free, inspect the elongated tip for debris and damage. On each of the four units I’ve seen, there was a very visible clump of carbonized debris covering the fiber tip opposite the diode(s) that shorted. Lens tissue an alcohol easily removed it without a trace. Once it has been cleaned, set the cable aside with protection for both ends.
      • Detach the printed circuit board by removing the two Philips head screws connecting it electrically to the laser diode, the 4 hex head screws holding the PCB in place, and unsolder the two thermistor wires (not on all units). Set the PCB assembly aside in a safe place.
      • Remove the hex head cap screws attaching the diode terminals to the diode block and pull out the copper terminal assemblies. Set them aside.
      • Remove the remaining 3 hex head cap screws holding the diode block in place and set them aside.
      • Carefully loosen the diode block from the heatsink compound or indium foil and remove it.
      • Closely examine the output area of the diode. Opposite where the crud was on the fiber tip, there will be a corresponding blackened/melted area behind the fiber microlens. The lens itself may also be damaged. Hopefully, the short circuit is localized to this area.
      • The trick is to carefully scrape away the front facet of the bad diode with a knife or razor blade to clear the short. What I suspect happens is that a bit of contamination or moisture on the front facet creates a conducting path. Current builds up in the immediate vicinity quickly heating and destroying the diode. The failed diode and at least one on either side will likely remain dead but hopefully, some, most, or all of the others can be salvaged. If the failed diode is near the middle of the array, it may be possible to do the scraping without removing the fiber microlens. However, if it’s near one end, at least one end of the fiber microlens should be detached to provide enough compliance to get the knife or razor blade behind it.

        Work in small increments and use a current limited power supply to check the short. At some point, the remaining shorting crud may be vaporized and the diode will suddenly spring to life.

      • Once the short is removed, the module can be reassembled. If the fiber microlens popped off or broke, you’re on your own. If only one end came loose, use a drop of Epoxy to reattach it but make sure excess doesn’t interfere with the location of the fiber tip.
      • Reinstall the diode assembly. Center it and reattach the electrical terminals.
      • Carefully check that the fiber tip of the fiber-optic cable assembly is about 0.1 mm from the fiber microlens when fully seated. Above all, it must not touch as the fiber microlens will likely shatter in that case. See the next section for the fiber replacement procedure.
      • I told you this was a long shot! Comments welcome but nothing like: There is no way in h*** that this can work!. ) I was able to recover 6 of 19 emitters on one module and 14 of 19 on another. Whether they will survive for any length of time is another matter.

        Replacement of a damaged fiber is possible without fancy jigs. Clean the fiber tip to remove all traces of contamination. Remove the PCB or cover on the FCBar module so that the distance to the fiber tip can be set precisely without bashing the fiber microlens. Set it so there is a just visible gap — about 0.1 mm. Then, with the two holding screws not quite tight, drive the diode at just above threshold and adjust the X and Y position for maximum coupling, then tighten the screws. It shouldn’t be possible to be off by an entire emitter spacing and still get coupling. An IR viewer or IR camera is desirable to monitor scattered light inside the diode package and minimize this as well. CAUTION: DO NOT drive the diode at more than minimal power until the alignment has been optimized as excessive back reflections can damage it instantly. Note: The emitter spacing (pitch) varies among models. The units described above have a pitch of about 0.78 mm. Others may be 0.5 mm or 0.65 mm or something else. Of course, the pitch must match exactly!

        Low Power Visible and IR Laser Diodes

        Low Power Visible Laser Diodes

        These are the typical 3 to 5 mW (maximum power) visible laser diodes probably emitting at a wavelength in the 635 to 670 nm range. They are found in all modern red laser pointers, newer barcode scanners, laser light positioning devices, and now in DVD (Digital Versatile/Video Disc) players and DVDROM drives.

        1. You can easily destroy the typical laser diode through instantaneous overcurrent, static discharge, probing them with a VOM, or just looking at them the wrong way. -)
      • By far the easiest way to experiment with these devices is to obtain complete laser diode modules. Versions are available with both the drive circuitry and (adjustable) collimating optics. They are more expensive than raw laser diodes but are also virtually foolproof. Inexpensive laser pointers are one source for similar devices which may be adequate for your needs but modifying them could be more of a challenge. See the chapter: Laser and Parts Sources for suppliers of both raw laser diodes and laser diode modules.
      • Any time you are working with laser light you need to be careful with respect to exposure of a beam to your eyes. This is particularly true if you collimate the beam as this will result in the lens of your eye bringing it to a sharp focus with possible instantaneous retinal damage.
      • Typical currents are in the 30-100 mA range at 1.7 to 2.5 V. However, the power curve is extremely non-linear. There is a lasing threshold below which there will be no coherent output (though there may be LED type emission). For a diode rated at a typical current of 85 mA, the threshold current may be 75 mA. That 10 mA range is all you have to play with. Go to 86 mA (in this example) and your laser diode may be history in much less than the blink of an eye.

        This is one reason why most applications of laser diodes include optical sensing to regulate beam power. The third lead on the laser diode package is connected to an internal optical sensing photodiode used to regulate power output when used in a feedback circuit which controls your current. This is very important to achieve any sort of stable long term operation.

        You can easily destroy a laser diode by exceeding the safe current even for an instant. It is critical to the life of the laser diode that under no circumstances do you exceed the safe current limit even for a microsecond!

        In addition, as the temperature of the laser diode changes (heats while powered), the current requirement to produce a given optical output increases as well. Without optical feedback if you set the current to be correct once the temperature of the laser diode stabilizes, it will likely blow out instantly the next you turn it on from a cold start!

        Laser diodes are also extremely static sensitive, so take appropriate precautions when handling and soldering. Also, do not try to test them with an analog VOM which could on the low ohms scale supply too much current.

        It is possible to drive laser diodes with a DC supply and resistor, but unless you know the precise value needed or have a laser power meter at your disposal, you can easily exceed the ratings before you realize it.

        You might hear someone bragging I have driven thousands of laser diodes by just connecting them to a battery and resistor and never have blown any. Sure, right. While it is quite possible that the susceptibility to instant damage due to overcurrent varies with the type of laser diode, unless you know the precise behavior, you must err on the side of caution. Some designers have gone to extremes, however. See the section: Laser Diode Power Supply 2 (RE-LD2) for a design with 5 levels of protection!

        For an actual application, you should use the optical feedback to regulate beam power. You should also use a heat sink if you do not already have the laser diode mounted on one. See the chapter: Laser Diode Power Supplies.

        The raw beam from a laser diode is generally wedge shaped — 10 x 30 degrees is a typical divergence. You will need a short focal length convex lens to produce anything approaching a collimated beam. The optics from a dead CD player (even though CD players and CDROM drives use infra-red laser diodes, the optics can likely still be used with visible laser diodes), a low to medium power microscope objective, or even an old disc camera can provide a lens that may be entirely suitable for your needs.

        CD player and Other Low Power IR Laser Diodes

        The major difference between these and the visible laser diodes discussed in the section: Low Power Visible Laser Diodes is that the output is near-IR — usually at 780 nm (wavelengths from 400 to 700 nm are generally considered the visible portion of the electromagnetic spectrum). Therefore, the emission is not readily visible and you must use an IR detector device to even confirm that the laser is operating properly. This also means that safety is even more of a consideration with these devices since what you cannot see CAN hurt you (or at least your vision).

        Thus, these devices make truly lousy laser pointers or laser light shows as the emission is just barely visible in subdued light. If you hoped for a Star Wars type laser beam, better go hunting for a 25 W argon laser. -)

        However, for data or voice communications, various kinds of scanning or sensing, and electro-optic applications where visibility is not needed or not desirable, such low cost sources of coherent light are ideal.

        Similar types are found in CDROM drives and newer LD (LaserDisc) players. CD-R recorders, Minidisc equipment, magneto-optical, and other writable optical drives including WORM drives, use devices that are similar in appearance and drive requirements but may be capable of somewhat higher maximum power output — as much as 30 mW or more.

        Modern laser printers use laser diodes producing anywhere from 5 mW to 50 mW and beyond depending on their resolution and speed (pages per minute). High resolution laser imagers, typesetters, and plotters, may use laser diodes producing 150 mW or more. (However, equipment built before 1985 or so may use helium-neon or even argon lasers rather than diode lasers.)

        The laser diode in a laser printer is located inside the scanner unit which is probably a black plastic case about 6 or 8 inches on a side and a couple of inches thick with a motor protruding from the bottom. The laser diode is mounted (along with its driver board, collimating optics, and even possibly a Peltier solid state cooler on some) either near one corner or inside. There should be a laser safety sticker on it as well — but these fall off sometimes!

        It is essential that additional precautions are taken if you have a higher power laser diode from equipment of this sort (or don’t really know where yours spent its earlier life).

        There are now laser diodes (or possibly laser diode arrays) with optical output measured in 10s, even 100s of watts though these will not be what you would call tiny and will probably require buss bars for electrical power and plumbing for cooling!

        Example of Laser Printer Diode Laser Module

        This Laser Printer Diode Laser Module is from an older unidentified laser printer, laser scanner/duplicator, or similar device. It shows an example of a typical assembly consisting of an IR laser diode, collimating optics, and electronics driver board.

        • Pinouts for the interface cable are as follows: (1) No Connection, (2) Laser On, 25 mA +5V, (3) Gnd, (4) -12 VDC, (5), Laser OK +5 VDC (output), (6) +5 VDC (Laser Power Supply), (7) Gnd, (8) Modulation Input, (9) No Connection, (10) Laser Power Adjust.
      • VR3 on the electronics board controls photo diode feedback voltage (idle laser power).
      • VR2 on the electronics board controls the maximum current allowed to reach the laser diode. Important — the laser must be operated in pulse mode with VR2 in present position.
      • Laser diode and optics characteristics:

        • Type: Sharp LT020MD (index guided).
        • Wavelength: 780 nm.
        • Maximum power: 20 mW with TE cooling, 5 to 7 mW typical without (as in this unit).
        • Lasing threshold: 60 to 70 mA typical.
        • Electrical configuration: Case is common negative.
        • Collimation optics: Mini-optic rail with a C/CX or 3 element collimator, and an f theta lens. These optics (except the 3 element type) work with laser diodes up to 150 mW and 635 nm wavelength. The 3 element type works with 670 to 1300 nm laser diodes as well.

        Note that this is only the front-end. It does not include the beam scanner (motor driven multifaceted mirror), field correction and directing optics, or beam position sensor — which would be present in a complete laser printer. The output of this module is a collimated IR laser beam. The actual focal point will be at the image plane (photosensitive drum surface) after passing through the other optics.

        CD Player/CDROM Drive Laser Diode Characteristics

        Unless otherwise noted, the following discussion assumes the type of laser diode found in a CD player or CDROM drive. These are the most common devices you are likely to encounter. In fact, I bet you have at least one broken CD player or CDROM drive sitting in your junk box — or maybe you just retired your 16X CDROM drive because it was soooo slow and obsolete. -)

        CD player laser diodes are infrared (IR) emitters, usually 780 nm, with a maximum power output of around 5 mW. Their emission will appear very slightly visible and deep red. This is the eye’s response to the near-IR radiation but appearing about 10,000 times weaker than the actual beam would be it it’s wavelength were centered in the visible part of the spectrum. Despite what the EM spectrum charts show, the eye’s response does not drop off to zero at exactly 700 nm — there is decreasing sensitivity which may extend out beyond 820 nm depending on the individual (though some people can’t even see the 780 nm). Just realize that the main beam is IR and almost totally invisible. Take care. A collimated 5 mW beam is potentially hazardous to your eyes. Don’t be misled into thinking the laser is weak due to the dim appearance of the beam. It is not supposed to be visible at all!

        If you don’t want to take even the minimal risk of looking into the lens at all, project the beam onto a piece of paper held close to the lens. In a dark room, it should be possible to detect a red spot on the paper when the laser is powered. For any laser more powerful than this or where the beam may be even approximately collimated, viewing the spot on a diffuse surface is the only safe method for checking the beam.

        Typical CD laser optics put out about 0.3 to 1 mW at the objective lens though the diodes themselves may be capable of up to 4 or 5 mW depending on type. If you saved the optical components, these may be useful in generating a collimated or focused beam. The aspheric objective lens will be optimized for producing a diffraction limited spot about 1 to 3 mm from its front surface when the optical system is used intact.

        The optics may include a collimating lens, diffraction grating (to produce the three beams in a three beam pickup), beamsplitter prism or mirror, turning mirror (for horizontally mounted optics), and focusing (objective) lens. Older pickups tend to have larger and more complex sets of optics. Despite the fact that they are mass produced at low cost, these are all very high quality optical assemblies.

        However, depending on design, some of the parts may be missing or combined into one component. For example, many Sony pickups do not appear to use a collimating lens. For pickups with a collimating lens, if the objective lens is removed, you should get a more or less parallel main beam and two weaker side beams. Many newer designs have a combined laser diode/photodiode array rather than individual components. Mix and match parts for your needs (if you can get it apart non-destructively). Where there is no collimating lens, the objective lens may be used for this purpose if positioned closer to the laser diode.

        For examples of typical optical pickup/optical block designs, see:

        • Sony KSS361A Optical Pickup (typical of many poplular Sony/Aiwa types)
        • Sony KSS110C Optical Pickup (from Sony D14 portable CD player)
        • Sanyo K38N Optical Pickup (from Teac CD-516S 16X CDROM Drive)
        • CMKS-81X Optical Pickup (from component CD player)
        • Optical Pickup from Philips PCA80SC CDROM (from low cost 8X drive)
        • Optical Pickup from Philips CR-206 CDROM (very simple and compact)

        WARNING: A collimated 5 mW beam is hazardous especially since it is mostly invisible. By the time you realize you have a problem it will be too late.

        The coils around the pickup are used for servo control of focus and tracking by positioning the objective lens to within less than a um (1/25,400 of an inch) of optimal based on the return beam reflected from the CD. See the document: Notes on the Troubleshooting and Repair of Compact Disc Players and CDROM Drives for more information on optical pickup organization and operation.

        Typical drive currents are in the 30 to 100 mA range at 1.7 to 2.5 V. However, the power curve is quite non-linear (though perhaps not as extreme as the typical visible laser diode). There is a lasing threshold below which there will be no coherent output (just IR LED emission). For a diode rated at a nominal current of 50 mA (typical for Sony pickups, for example), the threshold current may be 30 mA. This is one reason why most applications of laser diodes include optical sensing (there is a built in photodiode in the same case as the laser emitter) to regulate beam power. You can easily destroy a laser diode by exceeding the safe current even for an instant. It is critical to the life of the laser diode that under no circumstances do you exceed the safe current limit even for a microsecond!

        Laser diodes are also supposed to be extremely static sensitive, so use appropriate precautions. Also, do not try to test them with an analog VOM which in particular could on the low ohms scale supply too much current.

        It is possible to drive laser diodes with a DC supply and resistor, but unless you know the precise value needed, you can easily exceed the ratings.

        For an actual application, you should use the optical feedback to regulate beam power. You should also use a heat sink if you do not already have the laser diode mounted on one. CD laser diodes are designed for continuous operation. See the chapter: Laser Diode Power Supplies.

        Hologram Laser Diodes

        Some manufacturers of CD and DVD optical pickups have gone to a combined laser diode/photodiode (LD/PD) array package which looks like a large LD but with 8 to 10 pins. Aside from the objective lens assembly, the only other part may be the turning mirror, and even this is really not needed. Such a pickup can be very light in weight (which is good for fast-access drives) and extremely compact.

        Eliminating the components needed to separate the outgoing and return beams should result in substantial improvement in optical performance. The only disadvantage would be that the beams are no longer perfectly perpendicular to the disc ‘pits’ surface and this may result in a very slight, probably negligible reduction in detected signal quality — more than made up for by the increased signal level.

        Some of these use what are known as hologram lasers (a designation perhaps coined by Sharp Corporation ). With these, the functions previously performed by multiple optical components. can be done by a Holographic Optical Element or HOE. The HOE can simply be a diffraction grating replacement or can be designed to perform some more complex beam forming. A variety of hologram lasers (as well as conventional laser diodes and photodiode arrays) used to be listed at the Sharp Web site. I do not know if they are still manufactured. The typical Sharp hologram laser (versions for CD, DVD, and other types of optical storage devices) eliminate the normal diffraction grating in the three-beam pickup as well as the polarizing beamsplitter and associated components making for a very simple, compact, low cost unit.

        Определение характеристик и тестирование лазерных диодов

        Последующие разделы относятся к большинству диодов с торцевым излучением, в том числе к синим/фиолетовым диодам Nichia. Однако, большинство конкретных описаний и правил, если не указано иное, написано для лазерных диодов красного и ближнего ИК-излучения, поскольку они более распространены. Синие/фиолетовые лазерные диоды имеют более высокое рабочее напряжение (от 4 до 6 вольт) и более чувствительны к любым повреждениям.

        Работа с лазерными диодами

        Хотя лазерные диоды и светодиоды имеют много общего, лазерные диоды гораздо более чувствительны ко ВСЕМУ и моментально погибают от малейшей провокации вроде кратковременной перегрузки током или маленького статического разряда, который не повредил бы другим электронным компонентам.

        Чтобы уменьшить риск повреждения ваших драгоценных лазерных диодов (ЛД) во время сборки, переделки или извлечения из приборов, прочитайте нижеследующее руководство. Часть его относится только к лазерам, имеющим оптическую обратную связь, а часть — ко всем типам.

        • Держите лазерный диод в заводской антистатической упаковке вплоть до момента установки в устройство.

        Если лазерный диод вытащен из техники, воткните его выводы в антистатическую (черную) губку, как только они освободятся, и храните в антистатических пакетах или коробках.

      • Держите выводы лазерного диода закороченными вместе с помощью кусочка тонкой проволоки или другим способом перед установкой, во время пайки и до момента, пока драйвер не будет полностью подключен.

        Для вытаскивания ЛД из техники добавьте закорачивающий провод перед выпаиванием или удалением из печатной платы, если это возможно.

      • Если лазерный диод нужно подключать с помощью разъема (то есть он не подключен к схеме навечно), добавьте параллельно ему комбинацию из маленького конденсатора, резистора и диода для защиты от обратной полярности. Типичные значения: 1 нФ || 1 кОм || 1N4148 для диода малой мощности; 0,01 мкФ || 100 Ом || 1N4148 для 1-ваттного диода накачки. (Диод 1N4148 можно заменить на отечественный КД521 или КД522 — прим. перев. ) Это понизит шансы уничтожить диод статикой или глупыми ошибками.
      • Примите адекватные меры защиты от статики, включая использование заземляющего браслета. Не работайте в шерстяном свитере, натирая ногами старинный шерстяной ковер!
      • Во время пайки ограничьте нагрев лазерного диода, паяйте как можно быстрее. Облудите провода или печатные дорожки, к которым будет подключен ЛД. Выводы ЛД обычно покрыты золотом и паяются очень легко и быстро. Теплоотвод на выводах ЛД также может помочь.

        Используйте правильно заземленный паяльник с регулятором температуры и тонким жалом. 100-ваттный паяльный пистолет Weller — это не тот инструмент, которым можно собирать или переделывать тонкие печатные платы!

      • Когда лазер установлен, обеспечьте соответствующий теплоотвод или термоэлектрическое охлаждение с правильным закреплением лазерного диода, чтобы гарантировать, что температура лазера никогда не поднимется выше 35-40 C (за исключением тех случаев, когда это нужно для подстройки частоты). Более высокие температуры уменьшают срок службы.
      • Используйте только драйвер, который гарантирует отсутствие перенапряжений или иголок обратной полярности. Прочитайте все остальные требования к электропитанию лазерных диодов. Даже если к диоду прилагаются полные результаты тестовых прогонов, считайте, что ваши климатические условия отличаются в достаточной мере, чтобы повлиять на ключевые параметры вроде чувствительности мониторного фотодиода — начинайте с малых мощностей и постепенно повышайте до рабочей мощности, используя подходящую технику измерений. Убедитесь, что ограничитель тока установлен на безопасное для диода значение — оптическая обратная связь может сбиться.
      • Дважды проверьте подключения выводов и разъемов. У голых лазерых диодов (особенно у мощных) радиатор почти всегда АНОД (положительный), а верхний вывод — КАТОД (отрицательный). (Я видел всего лишь пару исключений, и эти диоды были какими-то особыми с пометкой R что ожидает любой инженер, и я сжег больше одного лазерного диода из-за недостатка внимания! У лазерных диодов в корпусе стандарта нет! Слово оно похоже относится только к лошадиным подковам и ручным гранатам — для лазерного диода оно часто означает полное разрушение. )
      • У голых лазерных диодов избегайте попадания чего-либо на выходной торец. Даже одна пылинка может привести к мгновенному и окончательному повреждению диода. Как только система полностью сделана, она должна быть загерметизирована, желательно с сухим азотом, чтобы избежать загрязнений. У мощных лазерных диодов в корпусе любая грязь на выходном окне скорее всего сгорит в пепел, который может испортить окно.
      • Избегайте непреднамеренных отражений выходного излучения диода обратно в диод. Такие отражения могут провзаимодействовать с лазерной генерацией так, что у лазерных диодов с оптической регулировкой станет чрезмерным.
      • И еще раз, дважды проверьте все подключения и схемы, прежде чем подавать питание после установки или переделки. Особенно проверьте отсутствие замыканий припоем и повреждений на печатной плате. Убедитесь, что вы прочитали цоколевку правильно! Прочитайте разделы про испытания, чтобы уменьшить шансы сжечь лазерный диод при включении.

        Опеределение характеристик лазерных диодов, извлеченных из техники

        Оптические головки CD-плееров, лазерных принтеров и другого списанного и устаревшего оборудования являются сказочным источником дешевых лазерных диодов. Было бы прекрасно, если бы что-то было известно про их характеристики!

        • Измерьте напряжения, токи, осциллограммы сигналов и т.д. прежде чем разбирать прибор! Однако это может быть невозможным, если техника была получена в неработающем состоянии. К тому же, такие измерения на самой сборке лазерного диода могут быть рискованными. Остается надеяться, что там есть контрольные точки хотя бы для тока лазерного диода.
      • Схемы и/или руководства по ремонту прибора. Они могут содержать достаточно информации для использования имеющейся схемы или для ее замены. Однако схемы имеются редко, хотя бы по финансовым соображениям. Если даже он есть, нужных мелочей в них может не быть. К тому же сама схема находится внутри модуля, который можеть быть частью какой-то общей системы управления, могущей быть непригодной для какого-либо отдельного применения.
      • Сделайте обратную инженерию схемы. Отследите соединения деталей на имеющейся плате, определите, что зачем сделано, и потом повторите схему или используйте имеющуюся, как требуется. Это должно позволить определить рабочий ток лазерного диода и/или чувствительность фотодиода. При наличии некоторого оборудования в некотрой технике это несложно, потому что схема драйвера относительно проста. А в некоторой — почти невозможно.
      • Просто идентифицируйте лазерный диод. Извлеките диод из сборки (с соответствующими предосторожностями против статического электричества) и надейтесь, что на нем есть читаемая маркировка. Потом идите на сайт K3PGP’s Laser Diode Specifications. принадлежащий K3PGP (Email: k3pgp@qsl.net), или откройте справочник по оптоэлектронным устройствам, чтобы найти параметры диода. Многие крупные производители лазерных диодов имеют веб-сайты с обширной информацией и поисковые системы по ним. Эта информация несколько устарела, но может быть полезной для опознания горсти старых пыльных лазерных диодов, найденных в куче компоста. )

        Предупреждение: Извлечение лазерных диодов из оптической сборки может повлиять на юстировку важной оптики, поскольку невозможно будет установить ее обратно в точности в том же положении. Это скорее всего неважно для большинства задач, но имейте это в виду, если вы хотиет использовать прибор в целях, похожих на его исходное назначение. Смотрите раздел Reasons to Leave the CD Laser Diode in the Optical Block .

      • Если ни один из этих способов не годится, используйте приемы, описанные в разделе Тестирование маломощных лазерных диодов. имея в виду возможный риск.

        Испытание лазерных диодов лабораторным источником питания

        Нижесказанное подтверждает некоторые аргументы, приведенные ранее, относительно использованя обычных блоков питания для проверки лазерных диодов. Предполагается, что у вас есть доступ к блоку питания с плавной регулировкой напряжения. Такой блок питания не обязательно должен быть хитрым и дорогим, но он должен быть нечувствительным к скачкам напряжения сети, а регулировка напряжения должна работать гладко — потенциометр не должен быть трескучим, или лекарство может быть опаснее болезни! Некоторые варианты простого источника регулируемого напряжения и тока, описанные в разделе Sam’s Laser Diode Test Supply 1. также могут подойти.

        (Частично из присланного: Bob.)

        На самом деле вы МОЖЕТЕ использовать любой старый лабораторный источник питания для ваших диодов, если хотите. ) Это просто очень неудобно. Если вы используете лабораторный блок питания, убедитесь, что вы отрегулировали напряжение так, что через диод не пойдет ни слишком большое напряжение, ни слишком большой ток, убедитесь, что вы поставили быстровосстанавливающийся выпрямительный диод между анодом и катодом лазерного диода для защиты от переполюсовки напряжения, и, самое главное, ВСЕГДА работайте в следующей последовательности:

        • Включите ваш блок питания и установите на 0 при ОТКЛЮЧЕННОМ лазерном диоде.
        • Подклюите ваш лазерный диод.
        • Проделайте желаемые тесты.
        • Установите блок питания обратно на нулевое напряжение.
        • Отключите лазерный диод от вашего источника.
        • Теперь выключите блок.

        Если вы оставите лазерный диод подключенным, пока включаете и выключаете блок питания, и блок питания не рассчитан на управление лазерными диодами, переходные процессы быстро выведут лазер из строя. Я делал испытания надежности некоторых моих лазерных диодов и получал от них более 1000 часов работы. Для тестов я использовал простые старые лабораторные блоки питания, и деградация диодов все еще соответствовала в точности графикам, указанным производителям.

        Тестирование маломощных лазерных диодов

        Если у вас есть цоколевки и спецификации вашего лазерного диода, эти процедуры можно сильно упростить. Если вы как мимимум можете определить марку и производителя (посмотрите на корпус, если возможно), зайдите на их сайт, найдите справочник по оптоэлектронике или смотрите K3PGP’s Laser Diode Specifications автора K3PGP (Email: k3pgp@qsl.net).

        Обратите внимание, что если у вас есть устройство из CD-плеера, CDROM или другого оптического привода с 8 или 10 выводами, это комбинация лазерного диода и фотодиодной матрицы в одном корпусе. Вам в первую очередь надо будет определить три вывода самого лазерного диода. Определить это обычно возможно по отслеживанию проводов — могут быть даже пометки на печатной плате. Во многих случаях лазерный диод управляется отдельными радиодеталями, а все остальное подключено к микросхеме предусилителя. Как только цоколевка лазерного диода определена, работать с ним можно точно так же, как с обычным 3-выводным устройством.

        Далее предполагаем, что вы не знаете ничего про устройство, кроме того, что это лазерный диод от 3 до 5 мВт видимого или ближнего ИК диапазона. (Существуют модели с 4 выводами и полностью отдельными выводами от лазерного диода и фотодиода, но они мало распространены Далее предполагаем, что вы не знаете ничего про устройство, кроме того, что это лазерный диод от 3 до 5 мВт видимого или ближнего ИК диапазона. (Существуют модели с 4 выводами и полностью отдельными выводами от лазерного диода и фотодиода, но они мало распространены.)

        Первый шаг — определить, какая пара выводов соответствует лазерному диоду и фотодиоду. Ваш лазерный диод может иметь одну из следующих конфигураций:

        Судя по всему, самая распространенная схема — (2). Вывод Общ(COM) при этом подключается к положительному полюсу источника питания (+V) по отношению к катоду лазерного диода (КЛД, LDC) и аноду фотодиода (АФД, PDA). Однако, большинство (или все) синие/фиолетовые лазерных диодов фирмы Nichia сделаны по схеме (4).

        • Фотодиод (ФД, PD) имеет обратное смещение. Его анод (АФД) питает нагрузочный резистор и усилитель датчика оптической обратной связи для регулятора тока.
      • Лазерный диод (ЛД, LD) имеет прямое смещение. Его катод (КЛД) подключается к транзистору драйвера и/или цепи для регулировки тока ЛД в зависимости от тока фотодиода и, возможно, к цепи модуляции.
      • Если вы оставляете фотодиод установленным в оптической сборке, смотрите таже раздел Reasons to Leave the CD Laser Diode in the Optical Block — примеры подключений.

        Когда вы можете увидеть и выводы, и внутренности лазерного диода, легко определить, какой вывод куда идет:

        • Общий вывод (Общ, C или COM) соединяется с корпусом или с платформой, на которой держатся лазерный диод и фотодиод. Вероятно, этот вывод не будет виден внутри корпуса.
      • Подключение к лазерному диоду (ЛД) будет сделано тонким проводком к кристаллу лазера, который находится вблизи передней части (оптического окна) корпуса.
      • Подключение к фотодиоду (ФД) будет сделано тонким проводом к кристаллу фотодиода, который расположен (вохможно, под некотрым углом) глубоко внутри корпуса.
      • Если вы можете определить эти 3 соединения глазами, экспериментально остается определить только полярность ЛД и ФД.

        The following assumes you did not have this luxury:

        The photodiode’s forward voltage drop will be in the approximately 0.7 V range compared to 1.7 to 2.5 V for a red visible or near-IR laser diode, up to 6 V for a Nichi blue/violet LD. So, for the test below if you get a forward voltage drop of under a volt, you are on the photodiode leads. If your voltage goes above 3 V, you have the polarity backwards.

        CAUTION: Some laser diodes have very low reverse voltage ratings (e.g. 2 V) and will be destroyed by modest reverse voltage at a few microamps of current. Check your spec sheet. However, the laser diodes found in CD players seem to be happy with 4 or 5 volts applied in reverse. Of course, a shorted or open reading could indicate a defective laser diode or photodiode.

        If the laser diode is still connected to its circuitry (probably a printed flex cable), it is likely that the laser diode will have a small capacitor directly across its terminals and the optical sensing photodiode will be connected to a resistor or potentiometer. In particular, this is true of Sony pickups and may help to identify the correct hookup.

        And finally, determining pinout without applying power to the laser diode package is possible by taking advantage of the sensitivity of the laser diode (LD) and photodiode (PD) to external light. However, once the tests below have been performed, it’s probably a good idea to confirm with an ohmmeter or some other technique.

        A light source with a wavelength shorter than that of the laser diode must be used, so this could be problematic for violet laser diodes, but for red or IR LDs, a green laser pointer or flashlight works well.

        But it must be taken with a grain of GaAsP 🙂 as I’ve seen some strange behavior on some laser diodes. In particular, in testing a high power laser diode — 20 W, 19 emitters, shining a green laser pointer or flashlight on the output facet produced the expected result — up to a few hundred mV with the positive on the anode of the diode (the + input). However, shining the same light source in from the *side* sometimes produced a *negative* voltage of 100 mV or more! What’s the explanation for that?

        It did work as expected with a 9 mm can package. Of course, this does assume that the pins are known to be for the laser diode and not a monitor photodiode or TEC. )

        (From: Nikos Aravantinos (aravantinos@ath.forthnet.gr).)

        After having played with several CD and CD/RW diodes, I believe that it is possible to determine the pinout to a high degree of confidence without applying any significant power to the laser diode.

        All that is needed is a voltmeter (rather a millivoltmeter) and an operating incandescent lamp (tungsten filament like a pocket flashlight). If you direct a light beam to the device under test and measure the voltage between common and each of the other two pins you will find two of the four following possibilities:

        • About +500 mV. This is a PD anode.
        • About -500 mV. This is a PD cathode.
        • About +5 mV. This is a LD anode.
        • About -5 mV. This is a LD cathode.

        The large difference is due to the fact that the photodiode is a much more efficient converter of light to electricity although both the PD and LD work as photo cells. The above figures depend on the intensity of the light but there will be no mistake: The PD voltage will always be much larger that the LD voltage.

        Either of the circuits below can be used to identify the proper connections and polarity and then to drive the laser diode for testing purposes.

        • One approach that works for testing is to use a 0 to 10 VDC supply with a current limiting resistor in series with the diode:

        If your power supply has a current limiter, set it at 20 or 25 mA to start. You can always increase it later. If a suitable bench power supply isn’t available, one which can be built for a few dollars and has the needed bells and whistles is described in the section: Sam’s Laser Diode Test Supply 1.

      • Alternatively, a fixed supply with a potentiometer can be used:

        R2 limits the maximum current. If you know the specs for your diode, this is a good idea (and to protect your power supply as well). You can always reduce its value if your laser diode requires more than about 85 mA (with R2 = 100 ohms).

      • The two capacitors provide some filtering to reduce the risk of a transient blowing the laser diode. C2 should be mounted close to the laser diode. The part about ‘no overshoot’ is very important. If the supply isn’t well behaved, it will fry laser diodes. See the section: Testing of Laser Diodes Using a Lab Power Supply for additional comments.

        Before attempting to obtain lasing action with either of these circuits, monitor the voltage across what you think is the laser diode as you slowly increase the power supply or potentiometer.

        • If you guessed correctly (or have the pinout diagram from the spec sheet or determined from its former life), the voltage will increase until around 1.5 to 2 V and then climb more slowly. Don’t push your luck unless you are also monitoring the laser diode current and optical output.
      • If you are across the laser diode or photodiode in the reverse biased direction, the voltage will continue to climb above 2 V without slowing. Don’t push your luck here — the breakdown voltage of the laser diode may be only a little more than this and — you guessed it — exceeding this is not healthy for the laser diode either.
      • If you are on the photodiode in the forward direction, the voltage will get stuck around .7 V.
      • Once you have identified the correct connections, very carefully monitor the current through the laser diode as you slowly increase the current and check for a laser beam:

        • For IR laser diodes, you *must* use an IR detector circuit, card, video camera or camcorder (with the requisite 3 hands) to monitor for an actual IR laser beam. See the section: Methods of Sensing IR for a variety of options.
      • For visible laser diodes, you can use your eyeballs or any more sophisticated detector as desired. Look from an oblique angle or better yet, place a white card a couple of inches in front of the laser diode. Even a 1 mW laser diode is an intense source of light — there will be no doubt when lasing begins.
      • Some typical operating currents for laser diodes of various wavelengths are listed below. THESE ARE JUST EXAMPLES. Your laser diode may have a lower operating current than the ones listed here! The lasing threshold may be as little as 5 or 10 mA below the operating current and the operating current may be 5 mA or less below the maximum current.

        However, some laser diodes may have an operating current as low as 20 mA and VCSELs tend to be much lower (but you probably don’t have any of those to play with yet!).

        Of course, if you inherited a bag of identical laser diodes and can afford to blow one: (1) I could use a few before you do this 🙂 and (2) you probably could fairly accurately characterize them by testing one to destruction.

        For a current below the lasing threshold for your laser diode, there will be some emission due to simple LED action. As you slowly increase the current, at some point (if the laser diode is good) as you exceed the threshold current, the character of the emission will change dramatically and a very slight increase in laser diode current will result in a significant increase in intensity. Congratulations! The laser diode is lasing.

        CAUTION: unless you have a laser power meter, don’t push your luck. The maximum safe current may be as little as 5% above the lasing threshold. Go over by 6% and your diode may be history. The exponential power curve seems to be steeper with visible laser diodes but there is no way to be sure without specifications. It is all too easy to convert laser diodes into extremely useless DELDs (Dark Emitting Laser Diodes) or very expensive LEDs.

        I have used this approach with laser diodes from dead CD players without difficulty. In the case of many of these, the operating current is printed on a sticker on the optical block, often as a 3 digit number representing the current in 10ths of mAs. Typical values are 35 to 60 mA (350 to 600). Sony pickups typically average around 50 mA. Without this information, the best you can do is to estimate when it is lasing at the proper intensity by comparing the brightness of the ‘red dot’ one sees by looking into the lens from a safe distance at an oblique angle. However, this is not very reliable as the optical power at the objective lens depends on the particular CD player.

        Even if you have complete test data for you diode, it’s still a good idea to start low and monitor output power. The diode was originally tested under very precise conditions which probably aren’t quite the same as you have (e.g. temperature) so laser diode or monitor photodiode current could be different by enough to cause problems.

        Attempting any of the following may result in total destruction of your laser diode, but if you are willing to risk its health, there may be a way of determining something about where damage will occur and possibly have it survive more or less intact.

        If the failure mechanism for your particular laser diode is NOT Catastrophic Optic Damage (COD) to the facets but something else like thermal damage, then it may be possible to identify the onset without serious harm by looking for a fall off in slope efficiency. For some types of laser diodes, the rate of increase of output power with respect to drive current will decrease well before there is a noticeable — or any — permanent loss of performance or that magic transformation to a Dark Emitting Laser Diode (DELD) or expensive LED. ) But there is no way to know if COD is the limiting failure mode for any particular laser diode without testing it, possibly to destruction. If the limiting damage mechanism is COD, there may be no indications of distress before the creation of a DELD.

        This testing is best done with the diode on a good heatsink or TEC. Increase current in small increments while monitoring output power. After the onset of lasing, the output power should increase quite linearly with current. But near the limit, this slope may decrease. Stop there! A well behaved curve tracer (no overshoot or glitches, etc.) can also be used since then the onset of non-linearity will be very obvious on the graphical display as the peak current is increased. But note that a high speed curve tracer may actually side step the thermal issues until COD occurs and it is too late, because the short time it spends at the highest current doesn’t allow for a significant temperature increase in the laser diode.

        Even though the output power is still increasing after the slope changes, don’t go there beyond there! You’ll be treading on dangerous ground. Of course, it’s possible that some latent damage has already occurred by the time any noticeable non-linearity is seen so no guarantees if trying such a stunt.

        All reasonably civil comments are welcome. 😉

        (From: Lostgallifreyan.)

        I’ve learned to detect the onset of critical overdrive by eye. ) I’m not sure it always works, especially on the higher power single mode diodes, but it works with the old gain guided Philips OF4944’s and the newer Hitachi/Opnext 35 and 50 mW 658 nm index guided MQW diodes.

        When you look at the projected spot on a dark surface, the appearance of the light goes from strongly specular to a less specular output as you approach destructive drive levels. I haven’t got the kind of tools needed to quantify what is happening but I think the line broadens, or more likely becomes noisily erratic the way audio filters with feedback become sine wave generators, moving up from noise to clear sine like a laser does at threshold, and then producing a keen abrasive sounding edge if you apply too much gain. I’m thinking this is maybe a good analogy, and that the effect of too much input is visible as increased noise.

        Note that the critical limit is VERY close above that visible noise threshold. I’ve often saved a diode for long term running at WAY over recommended max current, by detecting this by eye, then backing off until the light is strongly specular again. I’ve found one weakness to this though, it is best to use on lower powered diodes, max 50 mW, and the better ones at that. If you use the cheapest for a given power, you’ll find inconsistencies, especially regarding risk of instant DELD after strong retro-reflection. This is no big deal though, the high power single mode diodes will always die from that even under correct operating conditions. Cheap diodes might be broader in linewidth anyway, so it might be harder to see the critical increase in noise.

        This applies mostly to high power laser diodes such as those used for solid state laser pumping. However, measuring the current of a 5 mW laser pointer diode can sometimes come in handy. )

        Usually, there will be a current test point in the power supply with a specified calibration in terms of volts/amp of diode current. Of course the circuit could be defective resulting in incorrect readings.

        So, ultimately, it will come down to putting a current meter in series with the LD unless you have a clamp-on DC ammeter (which isn’t common). As long as it is a decent instrument with adequately sized short leads (e.g. no significant voltage drop) AND you make all connections securely with power off and using proper anti-ESD practices, there should be minimal risk to the diode. Just remember that most high power laser diodes have their positive terminal bonded to the heatsink and this is generally grounded so the meter must be isolated.

        If there is a series resistor already present, measuring the voltage drop across it and computing current as V/R is quite acceptable. Again, make all connections in a secure manner with power off. Double check that your meter is set to a voltage range NOT CURRENT as that would result in a low shunt resistance across the existing resistor and if that is used for current sensing, would increase the current through the laser diode — possibly to destructive levels.

        Adding a series resistor so measurements can be made in this manner is also possible though more risky. It must be a low enough value so as not to affect the behavior of the driver circuit. Some drivers may be affected by the actual diode voltage even if it only varies by a few dozen mV. A true constant current driver won’t care.

        (From: Art Allen, KY1K (aballen@colby.edu).)

        Sorting by noticeable differences is almost useless — later model 40 milliwatt diodes come in the 5 mm package now. You can’t tell much by looking at the packages!

        My experience has been that lasing threshold current can vary by a factor of 2 (with temperature and this is verified by the Sharp catalog). Threshold current is NOT any sort of reliable indicator — that’s why the drive electronics senses actual optical power output!

        That’s NOT to say that knowing the threshold isn’t useful.

        Here’s my take on it:

        I think that once the threshold has been reached, you can push the diode to about 10 percent past that current safely. For bigger diodes, you probably have 20 percent + of cushion.

        Let’s say I have a diode that snaps to laser mode at 50 mA. I’d drive it to 55 mA and measure the output quickly. I would set my APC to maintain that power level output and go on to the next diode.

        For larger diodes, it’s common to not even use a feedback photodiode for power sensing. Thats because these diodes have MUCH wider margins between the threshold and the smoke valve release ratings. Let’s say I find a 2 lead LD that starts lasing at 400 mA. This diode can probably be pushed an additional 20 to 25 percent and driven with a constant current source.

        With no name/unspecified diodes, in my opinion I’d stick with making them lase and holding them at that power output rather than squeezing every last milliwatt from them.

        I might loose a few in testing, but I surely would not loose many.

        Use a large area PD mounted right on the face of the LD under test. You can use a bias supply and a series resistor. Put your voltmeter across the resistor. As you slowly ramp up the LD current, you will see all hell break loose when observing the power output meter. Above threshold, the LD is fairly efficient and fairly linear (power out versus current above threshold).

        As a ball park figure, you can assume that the threshold current is about 10 to 15 percent of maximum power out for the diode although it varies a lot for bigger and for IR diodes. So, trying to operate a LD to maintain 5 percent of it rated output is damn close to impossible because of the nature of the beast.

        Again, all figures and numbers quoted widely variable. Don’t take them too seriously.

        PS: Make sure your LD testing supply is smooth (ramp up) and test it with an LED first!

        The following is just a microscopic sample of data for some unidentified visible (red) laser diodes from my (anti-static) junk box.

        Having analyzed the circuit in the section: Laser Diode Power Supply 4 (RE-LD4). I then proceeded to try out a variety of typical visible laser diodes. For all the undamaged laser diodes that I tested, leaving SBT open resulted in safe feedback regulated operation at Vcc1 = Vcc2 = 7 V. But, depending on the particular sample’s photodiode sensitivity, optical output power varied widely.

        While testing, I used a regulated power supply with adjustable current limit. The voltage was set at 7 V and the current limit knob was used to ramp up the input to the driver while monitoring laser diode current and/or feedback voltage from the photodiode. This approach may have prevented damage to a laser diode on more than one occasion. The numbers in () do not mean anything — they were found marked on each sample and are only used to identify them uniquely.

        Laser output power was estimated to seven significant digits based on the perceived brightness using my Mark-I eyeballs (with AutoCal(tm) option). -)

        The resistance of SBT (R7) is listed. However, the actual photodiode load is R7||R6 (33.2K) and thus the photodiode current is (Vcc1/2) = 3.5/(R7||R6) when optical feedback is successful in maintaining regulation. Since the photodiode current should be proportional to optical power, you will probably find that my high mileage eyeballs suffer from some slight non-linearity as well. 😉

        I do not have specifications for any of these laser diodes. However, they are typical of the 660 to 670 nm types capable of 3 to 5 mW maximum output power found in readily available diode laser modules and laser pointers.

        Samples 1 through 6 were all in a large (9 mm diameter) package while samples 7 through 9 were in a small (6 mm diameter) package. As you will note, for these types of laser diodes, power output does not really correlate with package size. Each was mounted along with a collimating lens (adjustable in some cases) in an aluminum block or cylinder (variety of styles) which also acts as a heat sink.

        I suspect that samples 2 and 3 were of similar construction but that this differed from that of samples 1 and 4. Note how sensitive sample 1 is to slight increases in current — dramatic evidence of the risks involved in running these without optical feedback. Samples 7 through 9 also appeared to be similar but I only had one fully operational unit of this type to test so no detailed comparison could be made.

        I do not know whether the higher current for sample 2 is due to prior damage or just a normal variation in laser diode power sensitivity.

        Samples 4, 8, and 9 (*) had been damaged to varying degrees previously due to running with excessive current. These disasters occurred prior to analyzing the behavior of this laser driver circuit. Sample 9 was absolutely positively beyond a shadow of a doubt totally dead laser-wise behaving like a poor excuse for a visible LED in a cool-looking fancy package. -)

        In the case of samples 5 and 6, I continued to decrease SBT until a distinct jump in laser diode current was required to maintain the voltage across SBT (and thus beam power). For example, with sample 5, the jump from 74 mA to 89 mA may have indicated that losses were building and damage or total failure would have resulted if pushed any further. However, at that point, no changes in laser diode behavior had occurred and all lower power levels ran at the same drive current as before. Note: I do not know if this is a valid approach for checking the limits of a laser diode but it may work for some types.

        All of the other (undamaged) laser diodes tested could probably have been pushed to higher output power but without knowing their precise specifications and only using my Mark-I eyeballs for a laser power meter, I chickened out. However, there was definitely headroom above the power levels listed above.

        I was asked to test a bunch of Nichia NLHV500B/C 5 mW violet laser diodes, with wavelengths between 398 and 410 nm. Fortunately, I was able to use a high quality laser diode controller — the ILX Lightwave LDC-3900 with a 500 mA driver module. This has enough voltage compliance range for the 4 to 5 V across the diode at its operating current. In most respects, aside from the peculiar color, these diodes behave more or less just like any others. However, there are a few items to note:

        • The appearance of the output (to me at least) was more of a white-ish blue than the deep violet I expected. Certainly a lot of this was fluorescence of the white paper used as a screen but almost anywhere the beam fell, it had this appearance. Apparently, nearly everything fluoresces at these short wavelengths.
      • About 10 percent of the output power when measured with my LaserCheck laser power meter was actually in LED emission. So, a reading of 5.5 mW on the LaserCheck was really only 5 mW of laser output and 0.5 mW of LED output. However, the monitor photodiode was accurate, agreeing with the data printed on the box.
      • The beam pattern looks pretty much like that of any other typical laser diode — spread out in the fast-axis, relatively narrow in the slow-axis. But it appears to have numerous striations which I don’t believe are due to damage or dirt since they are very fine — almost like speckle but only in the fast-axis direction — and are similar on all the diodes that actually lased. There is also a lot of off axis scatter that I’ve heard is normal for Nichia diodes.
      • A heatsink is essential for stable operation. Since the heat dissipation is relatively low (200 mW typical), a TEC isn’t needed for testing where stability isn’t important but without even a heatsink, power would drop off very quickly and even lasing became erratic.
      • Someone who didn’t have a clue about testing laser diodes had gotten to these before me but apparently wasn’t able to destroy them all. That in itself was amazing. )

        Out of 9 samples:

        • Three worked with threshold, operating, and monitor current close to the values printed on the box.
      • One worked with very reasonable currents but obviously wasn’t the device originally in the box since the monitor current wasn’t correct.
      • One had a somewhat high threshold and operating current but still achieved a stable 5 mW of output. It may still be in spec but not actually be the device from the box that it was in. (The diode package is only marked with a laser enscribed nearly microscopic 2-D barcode which can’t be deciphered without a scanner. And even on units where I’m sure the diode is in the proper box, there appears to be no obvious correlation between the barcode on the diode and the barcode on the box label!)
      • Two were almost totally dead with no LED emission until near 100 mA. Even this was erratic. The electrical characteristics of these showed a high leakage current so the operarting voltage of 4 or 5 V or more needed for efficient LED emission or violet lasing wasn’t reached.
      • Two worked as LEDs but didn’t lase even at 100 mA. Taking one of these to 150 mA resulted in it joining the ranks of the dead ones, above.
      • While I haven’t actually looked at the longitudinal mode structure of coherence length, here is some info:

        (From: Lynn Strickland (stricks760@earthlink.net).)

        We’re coupling Nichia diodes to single mode fibers. Our key program engineer says that lasing on multiple modes and mode hopping is a big problem with Nichia diodes. They are not single mode and tend to jump as much as 1 nm away in wavelength without warning. He doesn’t think Nichia diodes will ever work in an application requiring single frequency light unless someone makes a breakthrough.

        Testing of Telecom Laser Diodes

        These typically come in a 14 pin package similar to a DIP IC with leads sticking out the sides. They are supposed to be mounted in something called not surprisingly, a laser diode mount for testing, but of course you don’t have one of those.

        An example of this type of unit is the CQF938 from JDS Uniphase. This exact model number is no longer listed on the JDSU Web site but may be found at Uniphase CQF938 High Power 1,550 nm CW DFB Lasers with PM Fiber. It includes a DFB laser diode with photodiode power monitor coupled into a polarization-maintaining fiber, bias T LD drive network, and Thermo-Electric Cooler (TEC) and temperature sensor thermistor.

        If a laser diode mount is not being used, the package will have to be clamped to a good heatsink. Based on the pinouts found on the datasheet, the TEC controller will drive pins 6 and 7 for the TEC+ and TEC-, respectively. The sensor is pins 1 and 2 with the controller set for a 10K ohm thermistor.

        The DC drive to the laser diode is on pins 11,13 and 3 for its anode and cathode, respectively. The modulation is AC coupled in via pin 12. If optical feedback for output power regulation is to be used, the monitor photodiode is on pins 4 and 5.

        And, despite it being in a fancy, and very expensive package, extreme care must be taken in handling and drive as the laser diode is still sensitive to EVERYTHING.

        Testing of CD, DVD, HD-DVD, and Blu-ray Burner Laser Diodes

        The laser diodes in CD, DVD, HD-DVD, and Blu-ray burners typically do not have an internal monitor photodiode. So, for most hobbyists, this means the only practical way of powering them is with a constant current supply. At least, that’s what can be done for testing. Once installed in a permanent setup, an external monitor photodiode can be added to implement constant output power operation, but that’s for the advanced course. )

        These laser diodes are operated at two different power levels — low power (less than 5 mW) for reading and high power (30 mW and up) for burning. I assume that there is some external monitoring of the power to regulate this in the DVD burner, but it’s not inside the laser diode.

        If the specs are known, then using a heavily filtered well behaved (no spikes, overvoltage, or reverse polarity when power cycling or due to line transients!) adjustable voltage power supply and series current limiting resistor is probably easiest.

        The laser diode should be mounted in a heatsink. Leaving it in the original mounting of the burner is acceptable as is clamping the can between a pair of aluminum plates, one with a hole drilled through it.

        For the IR and red LDs from CD and DVD burners, respectively, the polarity can be determined in the usual way if a spec sheet isn’t available — by increasing the voltage *very* slowly (with the current limiting resistor) up to 1.5 to 2 V but NO MORE. The LD will start conducting by then if the polarity is correct. For HD-DVD and Blu-ray LDs, it’s really best to check specs since the maximum reverse voltage may be lower than the minimum forward voltage where conduction begins.

        Once the polarity is known, slowly increase the voltage while monitoring current and output power As usual, the LD will behave as an LED up to its lasing threshold with a somewhat diffuse glow, and then the rate of change of output power will dramatically increase above threshold, with a narrowing of the beam pattern.

        Some of these LDs are good for 100 to 200 mW or more of single spatial mode output — especially high-X DVD burner LDs. But without the specs, there is no way to know when they will start turning into DELDs (Dark Emitting Laser Diodes).

        Once the operating point is known, a power supply can be built either using the same approach of a constant voltage through a series current limiting resistor, or with an IC regulator like an LM317 in constant current mode. However, I prefer the former as it’s more difficult for misbehavior to zap the laser diode since the maximum current will be limited by passive components rather than the IC, doing who-knows-what when power cycled.

        Checking with other people who have already played with these LDs is a good idea. One place to ask is on the USENET newsgroup alt.lasers. Another would be the various holography forums. They may already have discovered the limits of your specific model of burner LD (possibly the hard way).

        Testing of High Power Laser Diodes

        The following applies to the sorts of laser diodes that are used to pump solid state lasers and provide large amounts of heat or light in a small area for medical or materials processing applications. They are not what’s found in a laser pointer!

        WARNING: With multiple WATTs of output power, particularly for high power IR laser diodes, both eye safety and even possible heat/fire damage to materials must be taken seriously. NEVER look directly toward the output end of the laser diode unless there is no chance of any power being applied to it (even from residual capacitor charge). Direct the output in such a way that it isn’t possible to for any eyeballs to intercept the beam or specular reflections. If the beam isn’t focused, the heat/fire damage risk is minimal but something to take into consideration. Near-IR laser diode output may look weak and whimpy but realize that the actual intensity is 10s of thousands of times stronger than it appears. Although the output of a bare laser diode diverges greatly, if fitted with any sort of collimating optics, the mostly invisible beam remains dangerous for a distance of many feet. Become complacent around these and your vision is at serious risk.

        However, to maintain one’s respect for these things, it would be nice to pop in an equivalent power visible source. Of course, for a truly high power laser diode array — say a 60 W 808 nm bar — this is basically impossible though if you think of all the light being emitted from a 1,000 W light bulb but with a source size of 1 cm or so, it won’t be far off. But an appreciation could be gotten even for a 0.5 W source by substituting a 0.5 W visible laser diode (if you can afford one!) and realizing how darn bright and concentrated it really is!

        Also, even an output power as low as 10 mW is enough to affect dark materials when focused with even a simple lens. The beam from a 30 mW laser diode will easily melt black electrical tape and put tiny holes in paper and wood surfaces.

        These may be in a TO3 or other transistor-like case or a standard or non-standard laser diode package which may also include a TE cooler (TEC) and temperature sensor. The laser output may be via a window, collimating or focusing lens, or fiber. But the assumption is that there are no electronics inside for the laser diode itself beyond possibly a bypass capacitor and/or resistor, and reverse protection diode.

        As with ALL laser diodes, locating a datasheet with pinout is truly the best solution. Where there is a manufacturer’s part number, a Web search may be successful. Even if the exact model isn’t found, the package may be sufficiently standard that a close match will be sufficient.

        If there are only two terminals or wires, then all that needs to be determined is which one is the anode and which one is the cathode of the laser diode. In most cases, the anode (+) will be connected to the metal case. This can be tested with a DMM on the low ohms range (not an analog VOM which may produce too much voltage/current and damage the laser diode).

        For those with more than 2 connections, there is likely an internal TE Cooler (TEC) and associated temperature sensor so expect 3 pairs of wires or terminals. Some may be twisted pairs or coax but that really doesn’t help much. Even which are paired may not be obvious so checking of all possible combinations may be necessary.

        Measure between pairs, again using a DMM only:

        • The temperature sensor is usually an NTC thermistor with a resistance of between 5K and 15K ohms at 25 C. Most common is around 10K ohms.
      • The TEC will measure a few ohms and will read differently depending on which probe is on which terminal since it generates a few mV if its two sides are at different temperatures as they would be from handling. With some DMMs, readings may not even make sense due to the generated voltage. Or, measure its voltage on the DMM’s mV range. Nothing else in the package will produce a voltage output of any consequence.

        The polarity of the TEC can be determined by monitoring the sensor with a multimeter while passing a small current through the TEC (100 mA should be more than enough to detect a change). With the polarity correct for cooling, the resistance of the NTC thermistor will increase. When heating, it will decrease. Try both polarities checking for an opposite change in the sensor resistance to confirm that the TEC is what’s actually being driven.

      • The laser diode may or may not have its anode connected to the case since the TEC will be physically between the diode and the case. In some cases, the LD can be identified using the diode check function of your DMM but ONLY if its open circuit output voltage is less than 2 V. and only if any reverse protection diode, if present, is silicon, not another laser diode chip (probably without mirror coatings) as are used by some manufacturers. It should read either 0.7 V or open in the reverse direction (0.7 being if there is a silicon reverse protection diode, open if there is none). It should read about 1 to 1.4 V in the forward direction if there is no parallel resistor. If there is, it may take a few dozen mA before the voltage flattens out in the forward direction. However, your mileage may vary and knowing the pinout is really best. )
      • For powering up, see the sections on testing of high power laser diodes. Here are very rough guidelines for typical 800 nm to 900 nm non-fiber-coupled laser diodes:

        For fiber-coupled types, there is a loss coupling into the fiber which may be as high as 50 percent. Even for diodes with microlenses, GRIN lenses, or normal glass lenses, there is some loss from the the wings of the highly divergent raw diode beam not making it through the optics.

        In many ways testing of 0.5 W and higher laser diodes is easier than low power types. The main reason is that while overcurrent spikes can still destroy or damage the laser diode instantly, the difference between the threshold current and max current is much greater for high power laser diodes. However, they are definitely susceptible to instant death from reverse voltage above a few volts and all other handling, ESD, and driving precautions still apply. A bit of static may not result in instant destruction but can easily cause a microscopic defect which will only grow with time. Keep the laser diodes in antistatic (black foam) material when not in use with their connections shorted together. Make it a habit to touch an earth ground before touching the laser diode.

        The same general testing approach can be followed as with low power devices. If no high quality adjustable laser diode driver is available, I would suggest a very simple rectified transformer with very large filter capacitor bank to minimize ripple. Control this from a Variac. Use a current limiting power resistor of several ohms between the caps and the diode. Depending on the size of the laser diode, anywhere between 1 and 10 A may be required. Put a modest load across its output to discharge the filter caps quickly after power off. For up to 2 A, I’ve used a 16 VAC, 5 A power transformer, bridge rectifier, about 20,000 uF filter capacitor, an 8 ohm, 50 W power resistor, and a 100 ohm, 5 W load. The reason I suggest using such a simple power supply is that it is inherently free of overshoot on power cycling (which can’t be said in general for active regulators unless specifically addressed in the design).

        Note that these high power laser diodes usually don’t have monitor photodiodes for optical feedback — output is determined via current and temperature control. For the purposes of testing, if you have a TEC (Thermo-Electric Cooler), set it for around 20 C. If you don’t have a TEC, mount the laser diode package on a large heat sink (with forced air cooling if necessary) to minimize temperature rise. As long as the laser diode package itself remains cool or just warm to the touch, it will be fine.

        CAUTION: Change connections — including any meters — only with power OFF and the filter caps of the power supply fully discharged. Even the charge on a 1 uF, 5 V capacitor can damage a 35 WATT, $10,000 laser diode if it is not current limited to a safe current for the diode! Make sure the output of the laser diode is pointed safely away from you but don’t put anything right up against the output facet or window — at these power levels, it may get toasted, especially if a dark color and this will tend to destroy the diode as well.

        1. Determine the pinout. Almost all the 800 to 1,000 nm, 0.5 to 6 W laser diodes I’ve played with have been mounted such that the positive (+) power supply lead is the case or bussbar. The negative (-) is attached to a separate contact (which itself connects to the top of the laser diode chip via multiple gold wire bonds or a thin soldered wire). I’ve only come across one exception and the diodes were some kind of specials labeled R the best thing to do is locate the specs (!!) or trace the circuitry of the driver/controller if available. Else, it is possible to determine the pinout experimentally with little risk:

          • Start with the assumption that the case/bussbar is positive and the top or flying lead of the laser diode is negative.
        2. Attach the power supply with current limiting resistor (make sure it’s off and discharged!) and connect a voltmeter on its 2.5 to 5 V scale directly across the laser diode. Make sure the output end of the laser diode is facing a safe place just in case you get more than you bargained for! If all you are stuck with is an expensive variable current source, put a 100 ohm resistor across the laser diode so that current will be be converted to voltage (1 V/10 mA) — otherwise, there may be no way to limit the voltage across the diode before it is too late.
        3. Start at 0 V and slowly increase the voltage while watching the meter. For IR laser diodes, the voltage across the laser diode should start leveling off at about 1.5 to 1.7 VDC. (Visible ones will be a little higher.) If it goes much beyond this, you have the laser diode backwards, there is a broken wire, or if your package has multiple pins, you don’t have the correct ones. DO NOT go above 2 VDC! You risk destroying the laser diode totally from reverse breakdown (more than a few microamps will do it! A typical spec is PIV of 3 V, 25 uA max). Check and/or interchange connections and try again. If the voltage doesn’t go above 0.7 to 1.0 V, your connections are backwards and there is a reverse protection diode built into the laser diode assembly. If the voltage doesn’t increase very much at all, either the power supply or meter isn’t connected properly or the laser diode is shorted from severe overload or reverse breakdown (but it might just be a bent bond wire/strip) or poor soldering job of the connections.

          On laser diode packages with multiple pins (e.g. TO3), there are many more combinations to check but each can be tested in a similar manner. If you have the driver/controller, tracing its circuitry can greatly narrow the possibilities.

        4. Now that you know the pinout, some means of detecting the laser diode’s output is needed. For visible laser diodes (up to 700 nm), initial determination of life/death can be made by eye. For near-IR diodes up to about 850 nm, the eye still has some sensitivity and the emission will appear deep red but very faint, even for a high power diode (the longer the wavelength, the fainter it will appear. Just realize, the actual intensity may be 10s of THOUSANDS of times greater than it appears!). Beyond some wavelength, there is absolutely no sensation of light. I know 980 nm is totally invisible to me but the cutoff for individuals varies. DON’T be tempted to peer close into the output aperture — it could be the last thing you see from that previously good eye. For a 1 W laser diode, imagine all the light from a 20 W incandescent lamp being emitted from a source the size of a grain of sand!

          The safest way to monitor output power is with a proper laser power meter. An alternative is the IR Detector Circuit. Position its photodiode sensor an inch or so away from the laser diode’s output. The beam shape is highly astigmatic — 5 to 10 degrees horizontally but perhaps 40 to 60 degrees vertically. Given the output power of these laser diodes, even with the sensor intercepting only a small part of the beam, the detector circuit may be overwhelmed (or literally smoked) quite quickly.

          A very simple way of detecting optical output is to place a piece of black electrical tape close to (but not touching — a millimeter or so) the front of the LD; at power levels of a few tens of mW, spots will be melted in the black absorbing material quite quickly. At higher power levels, white paper will be charred. CAUTION: Don’t let either of these touch the facet of the LD; at the very least it will be coated with burnt stuff (the power density is highest there); it may also be permanently damaged.

        5. Start at 0 V and slowly increase the current to the laser diode until threshold is reached and your detector (eyeballs or meter) show a significant increase in output power. How far to push it? Again, as with low power laser diodes, the only way to know for sure is from the spec sheet. But here are some very rough guidelines for 780 nm to 980 nm laser diodes (at 25 C):

          Note that some laser diodes may handle 2 or 3 times these currents and output powers but these should be safe conservative values.

          So, you inherited a bag of unmarked but big identical, but totally unmarked laser diodes. Can the safe operating current be determined experimentally.

          Well, the answer is: maybe if you are willing to sacrifice one.

          (From: Bob.)

          As a GENERAL rule of thumb and barring infant mortality, ESD, or any other manufacturing defects in the laser diode, proper heat sinking:

          • At 100% rated current most high quality, high power diodes (read American manufacture, around 808 nm or 980 nm) last for 5,000 to 10,000 hours.
          • At 200% rated current, they last for tens to hundreds of hours.
          • At 300% rated current, they generally last less than a minute.
          • So, yes, you can test a diode to failure by slowly increasing the current until failure occurs and take the current level that destroys the diode almost instantly and divide by 3. As far as whether this is an acceptable way to determine the rated current of the diode, the normally acceptable way is to have the manufacturer spec a current. ) Keep in mind that these numbers apply to diode bars and C mounted diodes. Can packages are a little less efficient in coupling heat away from the diode normally, so they may die a little quicker than normal. In that case you may be running at a bit lower than rated current if you divide by 3.

            While it’s generally obvious when a low power laser diode changes from an LED to a laser, for high power diodes there is significant power due to LED emission near the lasing threshold. For example, a typical 1 W laser diode may produce 10 mW or more of incoherent light at around the lasing threshold. The easiest way to locate the lasing threshold is with an optical spectrum analyzer which will show when the narrow lasing line appears above the broad fluorescence spectrum. Without such an instrument, the lasing threshold current can really only be estimated. While knowing the exact lasing threshold is probably not all that critical. it might be needed at least be able to list the value in a table. )

            What I do is to infer the lasing threshold as follows:

            1. Using an adjustable laser diode driver, locate the approximate current for lasing by observing where the output starts to increase significantly.
          • Measure the output power (Pi ) at two currents (Ii ) approximately 25 percent and 100 percent above this value. Use values for I that will make calculations convenient. CAUTION: This assumes a current of 100 percent above threshold is safe for the diode!
          • Calculate the slope efficiency: SE=(P2 -P1 )/(I2 -I1 ).
          • Calculate the lasing threshold: It =I1 -(P1 /SE).
          • As an example, consider a diode where the current starts increasing quickly above 550 mA with P1 of 180 mW at I1 of 0.75 A and P2 of 540 mW at I1 of 1.25 A. Then, SE=0.72 and It =500 mA.

            Here are some data for the types of IR laser diodes used in graphic arts platesetters and similar equipment. The wavelength is typically between 820 and 880 nm with 0.5 to 1 W or more maximum output. (High power diodes operating at more useful wavelengths for DPSS laser pumping like 808 nm and 980 nm will have similar characteristics.) Like other high power laser diodes, these do not contain any monitor photodiode and are driven by a constant current power supply. These are often fiber-coupled laser diodes which may feed a collimating lens assembly. A typical unit is shown in Typical Presstek Fiber-Coupled Laser Diode. Note that a substantial fraction of the raw output power of the laser diode (up to 50 percent) is lost in coupling to the fiber pigtail. Thus, the specifications for the laser diode itself will show a higher output power.

            For help in wiring up unidentified diodes of this type, see the section: Identifying Connections On High Power Packaged Laser Diodes.

            As I’ve written many times: There is no way to know the maximum output power for reasonable life expectancy of these or any laser diodes without the manufacturer’s specifications or testing several to destruction. As a very rough rule of thumb, it’s possibly safe to power a diode at up to 4 to 5 times the threshold current if properly cooled. So, for one that starts lasing at 400 mA, 1,600 to 2,000 mA might be OK and it’s possible some will go much higher. No guarantees and your mileage may vary.

            Testing was done using an ILX Lightwave LDC-3900 laser diode controller with wavelength determined using an Agilent or Ando optical spectrum analyzer if not listed in the part number. Temperature was set at 20 C.

            The first batch are all fiber coupled with an SMA output connector which attaches to a collimator as shown in the photo, above.

            It’s likely that Opto Power (now part of Spectra-Physics) is the manufacturer of the Presstek diodes and that the OPC-A001-FC and some of the AHHs are the same model. The internal construction of these Presstek diodes is identical to that of the Opto Power unit shown in Typical 1 Watt Fiber-Coupled Diode Laser Showing Interior Construction. All the Presstek 830 nm diodes appear to have very similar specs.

            Although some people may list these Presstek and Opto Power diodes on eBay as being rated at 2 watts, they are not. I have tested one of each at currents significantly greater than the value at 1 W. Neither survived to produce 2 W. AHH03131-2 reached 1.7 W at 2.75 A and OPC-A001-FC-2 reached 1.75 W at 3 A. Both suddenly dropped to less than 1/4 of their original output power and stayed there. Note that the A001 in the OPC part number generally indicates a maximum power around 1 watt.

            The next one is also fiber coupled with an ST output connector. It is rated at 750 mW.

            The following was from a platesetter array of 8 diodes feeding via a focusing lens (no fiber) into an 8-sided mirror at the center which then redirected the beams out through a feedback controlled objective lens assembly that looked sort of like a CD player optical pickup on steroids. (I assume the intent was to scan 8 lines at once since this arrangement would not be able to combine them in any useful way.) Each of the diodes was in a socketed TO3 can package with integral TEC and temperature sensor thermistor.

            I believe these are actually similar diodes but I didn’t use active cooling on #1 and since the diode is on an internal TEC, thermal resistance is probably rather high. The current was turned on, the measurement was made, then the current was turned off. But even this would likely result in a very substantial temperature rise. Testing of #2 was done with the diode temperature maintained at 20 C and this probably accounts for the higher power readings. Although the diode might survive at 2 A or beyond, the TEC was incapable of maintaining 20 C above about 1,750 mA though the heatsink was cool to the touch. At 2 A, the temperature was increasing at about 1 C per second even with 2.5 A through the TEC.

            There are 4 pins on each side of the package. The two laser diode pins have contacts which automatically short them to the case when there is no connector attached. The one closer to the edge of the package is LD+, the other is LD-. Neither is connected to the case directly, being on an isolated TEC.

            A Polaroid diode in a similar package was only rated 200 mW but I couldn’t make any useful measurements on it because it was dead.

            The photo shown in Fiber-Coupled Laser Diode for Platesetter is of the assembly (one of up to 32) used in an ECRM DesertCat 8, a high speed drum scanner for exposing printing plate masters in the graphic arts industry. It is a fiber-coupled laser diode mounted on a heatsink with TEC and thermistor temperature sensor. The diode in the little round can looks like it is from SDL though I’ve heard that Kodak may be the manufacturer of the overall assembly. The output is via an ST fiber connector.

            *The tested Iop value of 1122 mA was printed on the diode assembly. I assume that was for 750 mW since it agreed with my measurements. This may not be the maximum output power though (likely rated 1 W).

            And here are a few fiber-coupled diodes from SDL which are physically similar to the one in the ECRM assembly, above:

            These are likely similar or identical to the SDL-2364-L2 (rated 1 W). They are no longer listed on the JDSU Web site but the datasheet may be found at JDSU High Brightness 830 nm Fiber-Coupled Laser Diodes SDL-2300-L2 Series.

            Although some people may list similar diodes on eBay as having a 2 watt rating, they are not. I have tested two samples at currents significantly greater than the value at 1 W. FC715 did survive for a few minutes at least with 2 W of output at about 2.7 A but FC566 died suddenly at about 2.8 A before reaching 2 W. It is now a shadow of its former self with a maximum output of about 100 mW. Thus, it may be possible to get more than 1 W from these diodes but life expectancy could be short, especially if driven above 2 A.

            Not all platesetter devices have only a single laser diode inside. I tested one that actually had 10 diodes side-by-side with separate anode connections and individual monitor photodiodes. The total length of the 10 diodes was less than 1 cm. This has a Kodak nameplate model A I think. Here is the pinout of the two sided PCB edge connector:

            I’m not really sure of the way the pin numbering starts so this may be reversed left-to-right. TH is a 10K thermistor for temperature sensing. The laser diode package was clamped onto a large fan-cooled heatsink.

            The laser diode thresholds were about 450 mA producing 250 mW at 750 mA for a slope efficiency of about 0.84. I do not know what the rated power is but the sticker on the laser diode package lists 6.5 W max for all 10 diodes. So, they are at least 650 mW each. Based on the threshold, they could easily be double this but no guarantees.

            The outputs of the laser diodes are fast-axis corrected and reasonably well collimated, though a rather elaborate set of beam shaping optics is intended to bolt on to the laser diode package to ultimately create 10 closely spaced spots from an 8.8X microscope objective for the platesetter engine. The unit I tested had two such laser diode/optics assemblies.

            Testing of Really High Power Laser Diodes

            These are the type of laser diode that don’t even reach lasing threshold until 8 AMPS or in some cases, 16 A or more! Maximum output power may be 10 or 20 or 50 WATTS — or more. They are actually laser diode bars or arrays consisting of several dozen multimode laser diodes on the same piece of semiconductor and thus behave like multiple diodes side-by-side (or in really high power cases, multiple of these sandwiched together).

            If you have access to a commercial laser diode controller capable of 20 or 30 or 60 A, great! For the rest of us, there are reasonably safe (for the laser diode, that is!) alternatives.

            What I have used is a high current switchmode power supply intended for large TTL digital systems. It regulates well at any load and is capable of 50 A at 5 VDC. I also have one that will do 150 A if needed. ) Make sure whatever you use has no significant spikes/ripple and is well behaved on power cycling with no overshoot when switched on at both light and heavy load. A linear power supply might be preferred due to lower noise and ripple, but high current linear power supplies are large, heavy, and are relatively uncommon these days. And, such a supply may not necessarily be any safer for the laser diode.

            Current limiting is provided by 1 or 2, 0.1 ohm 50 to 100 W power resistors and 1 to 4 high efficiency high current series silicon diodes to drop the voltage. A version of this rig is shown in Quick and Dirty High Power Laser Diode Driver 1. The diodes have a voltage drop of about 0.5 V at 20 A. With an appropriate combination of resistors and diodes, a current from about 5 or 6 A to 30 or 40 A can be selected. A protection circuit (more for peace of mind than actually likely to do much of anything) consisting of a 0.1 uF capacitor, 100 uF capacitor, 100 ohm resistor, and reverse polarity prevention diode is connected at the laser diode being tested.

            For operation of a few seconds — just enough to make an output power measurement, active cooling isn’t needed for the power supply components and using the 100 W (or even 50 W) resistors instead of the 250 W dictated by P=I*I*R at 50 A should be acceptable.

            If the laser diode bar or array is already mounted in a massive heatsink, it too will be fine for 10 or 20 seconds. But if it is just a small assembly, then cooling will be essential even for this short time. Where the diode package itself has water cooling lines, it may require flowing water even if being powered for an instant. If there is any doubt, assume cooling is essential no matter how short the test.

            All connections should be changed ONLY with power off and current at zero. Even the charge on a 1 uF, 5 V capacitor can damage a 35 WATT, $10,000 laser diode if it is not current limited to a safe current for the diode! All connections must be very secure using screw terminals or clamps — no flimsy alligator clip leads! Wiring must be adequately sized (#14 minimum, or preferably #12 or larger, even for short runs).

            Monitor the current by measuring the voltage drop across the power resistor(s).

            And, don’t forget the laser safety goggles and fire extinguisher!

            CAUTION: Despite their size and output power, these laser diodes are still extremely sensitive to ESD or current spikes from tiny charged capacitors.

            Checklist/procedure for testing really high power laser diodes:

            • Assure that power supply is OFF, its output capacitors are discharged, and the current control is set to minimum.
          • Remove laser diode from anti-static bag and mount securely to cold-plate (if separate).
          • Leave shorting strap in place (or provide temporary shorting strap if the original shares stud locations with the main power connections) and attach power supply cables. Double check polarity and tighten connections securely. Remove shorting strap.
          • Attach cooling water lines in correct direction (if marked). Start water flowing, making sure it goes through the laser diode cooling channels. Note that in the case of some really high power laser diodes, what might look like a separate cold plate actually sends water through channels in the laser diode itself vis a pair of tiny O-ring sealed connections on its bottom surface.
          • Make sure a brick, concrete block, or other non-flammable beam stop is positioned as close to laser output aperture as practical for measurements.
          • Set up laser power meter or some other means of measuring output power. It must be capable of handling the maximum possible output power at the current to be applied to the diode.
          • Put laser safety goggles on your head in front of your eyes. and the eyes of anyone else present.
          • Apply power and ramp up slowly to threshold current (between 15 and 20 AMPs for the diodes described in the next section). Confirm onset of lasing with IR detector card or other means. Or, set your diode/resistor rig to the lowest current setting to start.

            CAUTION: If power as determined by brightness of glow or meter reading isn’t as high as expected or decreases without reducing current, power down immediately as it is likely the cooling is inadequate.

          • Increase current to desired operating level. For an adjustable power supply or laser diode driver, this can be done directly. For the diode/resistor rig, it means powering down, waiting for the capacitors to discharge, changing the jumper(s), and powering up again.

            For the types of diodes described in the next section, a red brick will begin to glow orange or yellow at the beam focus when the power exceeds 15 or 20 W. Check uniformity of beam

          • Make the power measurement, record reading and diode ID#.
          • Powering off/disassembly checklist:

            • Power down preferably by reducing current to zero and then removing AC power to the power supply.
          • After a minute or so, turn off cooling water and disconnect water connections.
          • Install shorting strap and then disconnect cables from diode.
          • Remove diode from mounting and place in anti-static bag.
          • Here are a couple of WHOPPING BIG DIODE LASERS!

            The first is shown in:

            The package is about 15 cm long and shoots a rectangular beam out the window at the right that focuses to a 1.5 cm line about 15 cm beyond it. On the sample in the photos, the threshold current is around 17 AMPS (. ) and the slope efficiency is about 0.5 or 0.6 W/A. I could only go to 30 A using my cobbled together power supply described in the previous section. At this current, it produces 6 or 7 W. The slope efficiency seems a bit low but perhaps some power is being lost inside the box or maybe it’s just a bit tired after long hours of plate-making. A similar diode is rated at 35 W max and 65 A`max (whichever comes first) with a typical threshold of 18 A.

            I had assumed the wavelength would be around 830 nm based on the intended application (see below). However, I have been told that it is made by Coherent, Inc. and may be closer to 810 nm which could be good for side-pumping Nd:YAG. Another sample which I tested for wavelength indeed showed multiple modes between 808 and 813 nm. This might be acceptable for pumping Nd:YVO4 but probably less than ideal for Nd:YAG which has a narrower absorption band.

            • The diode bar is just to the left of the two right-most screws in the third photo. It’s only about 6 mm (1/4 inch) in length and has a cylindrical microlens for fast axis beam correction glued directly to the diode mount. Unlike the smaller diode lasers described above, this is not a fiber lens but a glass plate with a molded cylindrical lens along the top edge.
          • A few mm away from the diode is an integrator or homogenizer. This is a plate with a rippled surface (imagine wiggly vertical lines) whose purpose is to improve the horizontal uniformity of the output beam. It does this by imaging the diode stripe to focal points just in front of the plate. The large objective lens assembly placed at a distance of exactly its focal length away collimates each of the plate’s focal points spreading it over the entire width of the output beam.
          • Glued to the left side of the integrator is a half wave plate to rotate the polarization from horizontal to vertical. I assume this is needed for the intended application.
          • A roof prism folds the optical path to reduce the size of the diode package. So the beam path is from the diode shooting to the left, reflected off the roof prism, and exiting via the objective lenses at the right.
          • There is a temperature sensor (its two pin connector is just visible in the third photo) but no TEC. At this power level, water cooling is about the only option and for this particular diode, it is provided by a separate water coupling plate which sends water through channels in the laser diode package itself via a pair of small O-ring-sealed holes on its bottom surface. Although, the diode seems to survive without water cooling for a few seconds of testing, this isn’t recommended.
          • Without the integrator plate, waveplate, and objective lenses, most or all of the beam still exits the laser but it is modestly diverging. How do I know? Because this laser originally had those components knocked off and just bouncing around inside the package. While there is some surface damage to the broken off optics, they are still usable, though probably not to factory specs. Amazingly, the diode bar itself seems to have survived despite the original trauma and subsequent shipping.

            This laser is probably used in an Agfa platesetter along with a Silicon Light Machines linear spatial light modulator using Grating Light Valve or GLV technology as they call it. Essentially, the output of the diode is a rectangular beam that focuses to a 1.5 cm long line about 15 cm beyond the output aperture. The focal point is at the modulator — a MEMS (Micro Electro-Mechanical System) device that can selectively reflect or diffract the beam at 256 or more individual locations.

            The reflected light from the GLV modulator is reimaged onto a master printing plate rotated on a drum and thus scanned helically with some number of pixels written simultaneously. This has some key advantages. Rather than having a gazillion individual diodes as in systems using the diodes described above, this uses a single BIG diode laser. The GLV device provides higher resolution and greater flexibility as well. And there should be a lot lower cost of maintenance unless, of course, the BIG diode in the BIG diode laser dies!

            The other BIG diode laser which I’ve tested is part of a mostly complete Agfa platesetter print engine and includes an 80 AMP power supply. The modulator is also present, though I have no idea how to control it so I’ve just tested the laser and power supply.

            The diode laser is in the angled package labeled LIMO and is functionally similar to the BIG gold one but the optical arrangement differs somewhat and it has the water line connections directly to the diode package. (Some later versions of the Coherent BIG gold diodes do this as well, see below.) LIMO is a manufacturer of many types of high power diode lasers. This exact model doesn’t appear on their Web site though.

            The power supply and modulator are also water cooled. For the power supply, I assume this was just convenient since it doesn’t really dissipate that much power at least on the grand scheme of things and air cooling should be adequate. The modulator likely requires water cooling because when the beam at a particular pixel is defracted rather than reflected, it probably hits and is absorbed inside the GLV device and the total area is very small. The beam from the LIMO box exits just below the triangular yellow warning sticker, hits the modulator, and is reflected underneath through a couple of fairly fancy lenses. One of these is a motor controlled zoom lens to fine tune the size of the projected pattern onto the printing plate. Then the beam goes out the aperture in the front, just visible in the upper left corner of the casting.

            The power supply is slick. ) It is a high efficiency switcher programmable from about 3 A to 80 A via a 0 to 4 VDC control signal with a calibration of approximately 20 A/V. (It’s not possible to shut off the output completely and the linearity at low current isn’t very good. But 3 A is so far below the lasing threshold that it really doesn’t matter.) The actual measured current is available as another signal, also with a calibration of 20 A/V.

            The power input is 180 to 250 VAC, though I suspect that this could be converted to 90 to 125 VAC with some minor changes. There are a pair of large main filter capacitors that would be part of the usual doubler but no obvious jumper for input voltage. Besides the jumper, the on-board fuses would need to be increased in current rating.

            After first confirming the operation using a BIG laser diode simulator consisting of a pair of high current silicon diodes and a 0.1 ohm 50 W power resistor (part of my cobbled together high power driver was pressed into service here!), I powered up the LIMO diode laser. Its lasing threshold is similar to that of the BIG gold one — between 18 and 20 A. At a current of 40 A, the output power is around 20 WATTs! A piece of wood placed in front of the modulator to protect it immediately starts smoking profusely at this power level and would no doubt burst into flames after a few seconds. I expect that going to at least 60 A would be safe for the diodes and should result in over 38 WATTs. The CDRH sticker rating is 50 WATTs so even more power may be possible. ) However, if it’s similar to the BIG gold diode, above, then the rated maximums for power and current are 35 W and 65 A, respectively.

            I tested another sample for wavelength and found it to be around 802 nm, even further from the 830 nm than expected. It’s spectral width was about 3 nm, somewhat narrower than that of the BIG gold diode, above. This one might be usable for side-pumping a YAG rod, something I might consider attempting in the future.

            Later, I powered a similar diode using my home-built driver. See Photo of Sam’s High Power Laser Diode Driver 1 In Action (sgdh1p1.jpg) and the section: Sam’s High Power Laser Diode Driver 1 (SG-DH1). No, it’s not a blue-white lasing diode but simply my poor confused digital camera’s response to something it doesn’t really understand. ) With a proper IR-blocking filter, a line on the brick would be seen glowing yellow from the heat as the output at 40 A is about 22 W.

            CAUTION: Water cooling is essential for proper operation and to avoid damage to the diode. Unlike the BIG gold diode laser which seems to be happy for a few seconds at least without cooling even at reasonably high current, the output of the LIMO diode laser drops off almost immediately unless there is flowing water. Apparently, there is very little thermal mass between the laser diode bar and the water cooling channels. The flow can be quite low — almost a dribble — but make sure the diode laser is primed by closing the red valve to the power supply and modulator cooling channels for a short while to force water through the laser diode channels. Then, reopen it. Since the plumbing includes rubber tubing, don’t let the water pressure become excessive. There must be a flow restrictor or thermostatic valve in the diode laser water line since it seemed to significantly restrict the flow at room temperature. (There is a device with three wires attached to it but I haven’t determined its function. I assume it’s either a flow detection sensor, a temperature sensor, or both.)

            By the way, when water leaks inside one of these units, it’s not a pretty sight. I was given one of the BIG gold diodes where this must have happened. Upon applying power, it was obvious that something was very wrong as it was drawing at least 15 A at less than 1 V, almost a dead short, and the current was erratic. And the inside surface of the output window was fogged! There was also evidence of corrosion on the outside of the case so I’m not really sure exactly what happened. Maybe the water pressure regulator failed and the pressure went too high blowing out some O-ring seals and allowing water to both enter the interior and leak out of the cooling lines. Or, possibly, the leaks occurred at the O-ring seals as a result of defective/cracked gold plating/paint. Either way, when I received the diode, the damage had been done. At least it was probably a quick painless death for the diode bar. Too gruesome for pics though. )

            Methods of Sensing IR

            Since the types of laser diodes from CD players and other optical storage devices and laser printers produce IR wavelengths (e.g. 780 nm) and for all intents and purposes are invisible, some means of sensing their output is needed for testing. There are a variety of ways of doing this.

            • A simple IR tester circuit using a photodiode can be easily constructed from components you probably already have in your junk box. See the section: IR Detector Circuit.
          • The device described in the section: Sam’s Super Cheap and Dirty Laser Power Meter can be used instead and will provide a quantitative measure of IR intensity.
          • Some camcorders are sensitive to IR as well and will show a bright spot of light if aimed at a working source of IR.
          • MCM Electronics lists 2 different shaped cards for $7.29 each (#72-005: 3.5 x 2.5 card and 72-003: 4.75 x 0.75 probe. Radio Shack. Edmund Scientific. Roithner Lasertechnik. and others offer similar detectors.

            If you are trying to use a video camera or camcorder as an IR detector, confirm its sensitivity to near IR by looking at an active IR remote control through its viewfinder. It may have a built in IR blocking filter which will prevent it from being sensitive to IR. This may be removable.

          • The salvaged IR sensor module from a TV or VCR may also be used as an IR detector. These usually operate from a single supply (12 V typical) and output a logic signal. However, since these are designed to work with the modulated IR signals from remote controls and similar devices, they may not respond reliably or at all to a steady IR output. These can also be purchased from and electronic distributor and even Radio Shack.
          • IR Detector Circuit

            This IR Detector may be used for testing of IR remote controls, CD player laser diodes, and other low level near IR emitters.

            Component values are not critical. Purchase photodiode sensitive to near IR (750-900 um) or salvage from opto-coupler or photosensor. Dead computer mice, not the furry kind, usually contain IR sensitive photodiodes. For convenience, use a 9V battery for power. Even a weak one will work fine. Construct so that LED does not illuminate the photodiode!

            The detected signal may be monitored across the transistor with an oscilloscope.

            Testing of Some Selected Laser Diode and Driver Combinations

            The following sections deal with using commercial laser diode drivers with common low power laser diodes.

            Testing the Toshiba TOLD9421 with the iC-Haus WJB Driver

            Due to the availability of sample devices, I did some experiments with this combination — which appears to be very nicely matched. The parts values of the iC-Haus demo board worked perfectly with the Toshiba laser diode.

            • The Toshiba TOLD9421 is a typical 650 nm index-guided laser diode with a 5 mW maximum output. It uses the (now) less common larger 9 mm package. However, that larger package does provide somewhat more of a built-in heat sink.
          • The iC-Haus WJB laser diode driver which supports both CW and pulsed operation up to about 300 kHz with minimal external components. It comes in an SO8 (SMT) package.
          • The circuit I used is shown in iC-Haus Laser Diode Driver Test Circuit. This is basically their demo board attached to my bench power supply (but the simpler one described in the section: Sam’s Laser Diode Test Supply 1 would also have been suitable). For continuous operation, I clamped a power transistor style heat sink to the laser diode. Without this, the LD current would increase significantly (by 20 percent or more) within less than a minute. With the heat sink, there is minimal change.

            According to the spec sheet for the TOLD9421 the monitor photodiode (PD) current can vary from .25 to 1.7 mA (at 5 mW) depending on the particular device sample. I started with RSET — the resistor that determines feedback sensitivity — of 50 K ohms and with the function generator disconnected (so that RMOD wouldn’t matter). Based on the transfer function of PD current to RSET current, this would result in about 72 uA for the actual PD current — well below the worst case minimum value (at 5 mW) for any sample of the TOLD9421. Using my variable power supply, I ramped the voltage up gradually to assure that the device was going to regulate properly — it leveled off at a fixed but relatively weak output, above threshold but not very bright. After some trials with lower values of RSET, 15K resulted in an estimated output power of about 1 mW.

            The next step was to try some modulation. Just attaching the function generator (powered off with its output control all the way down) doubled LD output since the output impedance of 50 ohms cut the value of RSET nearly in half (to 7.5K). Then, powering the function generator and cranking up it’s output level allowed me to easily modulate the LD’s output between near no light output (way below threshold) and perhaps 4 mW (still all estimated). I only tried frequencies I could see with my very accurately calibrated eyeballs waving from side-to-side — from 0.1 Hz to a 1,000 Hz or so for these initial experiments.

            Modulation works by varying the voltage on the input to RMOD and thus the current through it from the ISET pin which is maintained at a constant voltage (about 1.22 V nominal). The PD current is maintained at about 3 times (nominal) of this value.

            I could detect no changes in the TOLD9421’s behavior (either optical or electrical) so at least so far none of this has resulted in any detectable damage to the laser diode. There has been no increase in threshold or operating current and no measles (spots) in the device’s output beam pattern. (For a couple of minutes I thought there had been damage but the spots turned out to be dirt on the LD window.)

            CAUTION: For experiments like this with a signal or function generator, make sure that no power or output glitches (as when changing modes) could result in an excessively negative spike or offset which may force too much current through the LD and damage or destroy it. The addition of a reverse biased diode across the modulation input is recommended to prevent excessive negative voltage from appearing there.

            Later, I popped in a Blue Sky Research PS106 which is a 7 mW Circulaser(tm) — a 650 nm laser diode with a built-in microlens to correct for beam asymmetry and reduce divergence. Since this device had a less sensitive monitor photodiode, I used an RSET of 39K which would run it at about 2.5 mW (I have a printout of this specific sample’s complete electrical and optical characteristics). That worked fine as well though I didn’t puch my luck any further (e.g. boosting power or modulation). (The PS106 is no longer available but there are now many other choices on the Blueskyresearch Web site.)

            Testing the NVG D660-5 with the NVG NS102 Driver

            Due to the availability of sample devices, I did some experiments with this combination — which are designed to work well together probably for laser pointer and diode laser module applications.

            • The NVG D660-5 is a typical 660 nm index guided laser diode with a 5 mW maximum output. It uses the very cute and compact 5.6 mm package.
          • The NS102 is an equally cute and very compact laser diode driver which includes a power adjust pot. It is designed for use inside laser pointers and compact laser diode modules. The entire PCB is only 5.4 x 7.8 mm.
          • To evaluate these parts, I used a bench power supply but the one described in the section: Sam’s Laser Diode Test Supply 1 would also have been suitable.

            The toughest part about testing these was soldering the power supply leads to the NS102. I totally destroyed the first sample attempting to solder to what looked like a pad for the positive power supply input but despite its appearance, solder just wouldn’t stick. And in the process, I managed to lift another pad clear of the device. After a total kludge soldering job that looked like it should have worked, there must still have been a problem because upon powering up using my variable voltage power supply with adjustable current limit, while the regulator appeared to be doing something based on the brightness of the LD output, power supply current kept going higher and higher as the input voltage was gradually increased. Eventually, the laser diode developed those dreaded spots and while still lasing, must have lost approximately half of its mirror facet(s) as there is also a large dead area in the beam pattern.

            The second attempt was much smoother. Rather than trying to solder to that pad, the positive connection simply went to the common pin of the laser diode. So, wiring is as follows:

            • Positive of power supply: LD can or heat sink or thin wire (e.g. #30 wirewrap wire) to common pin of LD.
          • Negative of power supply: Thin wire to pad on PCB at far end from LD.
          • Laser diode: Trim leads to about 2.5 mm (1/8) if desired and form so they grip PCB resting on the three pads. Just a touch of the soldering iron will form a nice joint — the pads must be pretinned with low temp solder and this is sucked up by the gold plated LD leads.
          • For these laser diodes, the current for 5 mW output is around 27 mA. I used my variable power supply to assure that the current was limited to 20 mA, then set the power adjust pot so that the regulator reduced the current. At this point, I turned up the current limit and finally adjusted the pot for 25 mA current producing approximately 5 mW output.

            I later tested that damaged LD using the iC-Haus WJB driver (see the section: Testing the Toshiba TOLD9421 with the iC-Haus WJB Driver. above). It would still operate stably with an output of a milliwatt or so using optical feedback but about twice the normal current (50 mA) for 5 mW output. Of course, the unsightly blemishes in the beam pattern were still there. ( Interestingly, while determining a resistor value that would work, the current repeatedly spiked to more than 5 times its specified nominal value (pegging my 100 mA meter) for a good fraction of second. However, no further damage to the laser diode appears to have occurred. In fact, output power could still be pushed much higher — perhaps up to 3 mW or more — but then the current was way off scale and I didn’t hang around to see what would happen next. ) This is in sharp contrast to the behavior of a laser diode I blew a while back where at a current only slightly above the rated maximum, the conversion to an expensive LED was quite rapid.

            This combination is designed to fit entirely inside NVG’s machined brass Laser Diode Module Housing which provides the much needed heat sink (the laser diode current would begin to creep up almost immediately due to the small thermal mass of the 5.6 mm laser diode package) and an adjustable collimating/focusing lens. Once assembled, the commercial units are potted in Epoxy and the laser safety sticker is wrapped around the outside. )

            While designed for CW applications, modulation of these drivers may also be possible (but I have not done any testing). See the section: Comments on Some Commercial Drivers and Detectors.

            Testing the NVG D660-5 with the iC-Haus IC-WK Driver

            The iC-Haus IC-WK laser diode driver is intended for CW and low frequency modulated operation with a 2.4 to 6 VDC power supply. (See: iC-Haus for detailed information, under Laser Drivers.)

            I soldered another NVG D660-5 to the iC-Haus IC-WK demo board (WK2D). The WK2D can be used inside a laser pointer though not quite as small as the NVG driver board described above. The WK2D is intended for laser diodes where the COM lead is the anode of the LD and the cathode of the PD (most common type). The IC-WK driver can be configured for any style of laser diode package. (There is also a WK1D demo board for laser diodes with common LD/PD cathode and with common LD cathode/PD anode pin configurations.) And, in conjunction with an external transistor or MOSFET, can be used with higher current laser diodes as well.

            It took about 2 minutes to solder the power supply wires and laser diode. Thankfully, although the circuit board is fairly small, nice tinned solder pads are present and soldering was a snap. )

            For my initial testing, I used the adjustable power supply described above. I brought up the voltage just to the point where there was some output from the laser diode and adjusted the pot until the driver started regulating. Had I just switched on power within the driver’s rated voltage range, it’s quite possible the laser diode would not have been happy. Later, I replaced the bench power supply with a pair of AA Alkaline cells which at 3 V, is well above the 2.4 V required by this cute little driver.

            The usable range of monitor photodiode current over the adjustment range for the WK2D as configured is about 35 to 100 uA. I realized later that the monitor current for the D660-5 is only about half of the minimum required for the WK2D to regulate so my poor little 5 mW diode was actually running at about 10 mW. The first one actually survived and would operate at this output power continuously. However, adjusting the pot to anything but the highest value eventually resulted in its demise and some other samples weren’t as robust.

            Use of Salvaged CD Laser Diodes, Substitution

            Reasons to Leave the CD Laser Diode in the Optical Block

            While your first instinct may be to rip the laser diode out of its original mounting, this is often unnecessary and undesirable. Depending on your application, using all or part of the assembly may simplify positioning and control of the laser beam.

            • For CD and other optical drives, the optical block (often called the optical pickup) includes the laser diode, various optics, objective lens mounted on two-axis actuator (focus and tracking), and the photodiode array for servo control and data read-back.

            Note: Some designs combine the laser diode and photodiode into a single package which is then mounted in the optical block. This can still be used for either or both functions as long as you can identify the proper pins.

          • For laser printers, the optical block will include the laser diode and collimating/focusing lens (and possibly some other optical elements).

            In some higher performance printers, there may be a Peltier cooler attacted to the back plate of the laser diode. Pretty cool 🙂 (no pun. ).

          • Some laser diode power control and protection components may also be present.

            Note: There are often a pair of adjacent solder pads connected to the laser diode circuitry on the flex cable or circuit board associated with the optical block. When handling the assembly but not actually attempting to power the laser diode, it is a good idea to short these together with a drop of solder using a grounded soldering iron. This will prevent the possibility of ESD damaging the laser diode.

            Where the laser diode is to be used as part of a precise optical apparatus for close range sensing or scanning, for example, the entire optical deck (including the stable mounting and sled drive mechanism) may be useful intact. For the typical three-beam pickup (most common), this will provide precise control of beam position: Y (focus), X-coarse (sled drive), X-fine (tracking).

            There are several good reasons to leave your CD laser diode installed in the optical block assembly even if you are not going to use it with the objective lens and focus and tracking actuators which were part of the pickup:

            • The metal casting provides the very important heat sink which is necessary for continuous operation. Not all optical blocks are made of metal but for those that are, the cooling function could be important.
          • There is less risk of damaging the laser diode through careless handling and ESD.
          • There may be a collimator lens in there — probably the first or second optical element in front of the laser diode. It may be combined with the laser diode in its metal barrel. If there is a collimator, you should be able to get a nice nearly parallel beam without much work. At most, a small lens will be needed to optimize it.

            Remove the objective (front) lens and its associated coils unless you require them for a short range application. They will likely come off as a unit without too much effort. However, try not to destroy this assembly as you never can tell what might be needed in the future.

          • The multisegment photodiode sensor and focus and tracking actuators may be useful for a variety of applications. Think twice before ripping it apart if you require any of the capabilities originally present!
          • While there are many variations on the construction of optical pickups even from the same manufacturer, they all need to perform the same functions so the internal components are usually quite similar.

            Here is the connection diagram for a typical Sony pickup: The laser diode assembly and photodiode chip connections are typically all on a single flex cable with 10 to 12 conductors. The actuator connections may also be included or on a separate 4 conductor flex cable. The signals may be identified on the circuit board to which they attach with designations similar to those shown above. The signals A,C and B,D are usually shorted together near the connector as they are always used in pairs. The laser current test point, if present, will be near the connections for the laser diode assembly.

            It is usually possible to identify most of these connections with a strong light and magnifying glass — an patience — by tracing back from the components on the optical block. The locations of the laser diode assembly and photodiode array chip are usually easily identified. Some regulation and/or protection components may also be present.

            Note: There are often a pair of solder pads on two adjacent traces. These can be shorted with a glob of solder (use a grounded soldering iron!) which will protect the laser diode from ESD or other damage during handling and testing. This added precaution probably isn’t needed but will not hurt. If these pads are shorted, then there is little risk of damaging the laser diode and a multimeter (but do not use a VOM on the X1 ohms range if it has one) can be safely used to identify other component connections and polarity.

            See the document: Notes on the Troubleshooting and Repair of Compact Disc Players and CDROM Drives for additional information on construction and testing of optical pickup assemblies and photos of typical optical decks.

            Replacing a Laser Diode of Unknown Specifications

            Specs of laser diodes with similar wavelengths vary quite a bit, especially the monitor photodiode current sensitivity. You can’t just drop in any old laser diode that fits and expect it to work even if the pinout is the same. It might indeed work, it might be too dim, or it might blow out. There is a good chance of the latter. The only way to be sure is either to analyze the circuit to know what its compliance range (drive current and feedback current) is or to determine the actual specs of the original laser diode. Only then can a suitable substitute be selected. Another alternative is to make changes in the driver circuit to handle an available replacement. Note that for CD, DVD, and other similar applications, even an exact replacement may not work without precise optical and electronic alignment since the physical position and orientation of the laser diode chip, as well as its precise output power, may be critical. Also see the next section.

            Substituting One Type of Laser Diode for Another

            While the small laser diodes we are dealing with are similar in many ways, there are enough differences such that substituting one for another is not trivial. The problems are fourfold (at least!):

            1. The package type and size may differ. The new one may not fit properly!
          • The pin configuration and polarities of the laser diode and the monitor photodiode may differ. The latter, in particular, could require substantial modifications or total redesign of the driver circuitry.
          • The driver circuitry will need to be modified for the different electrical characteristics of the replacement laser diode.
            • The required current will be different. For example, it is probably lower for an IR laser diode than for a visible one.
            • The monitor photodiode sensitivity will be different.

              If you were to just pop in an IR laser diode in place of a visible one, either it will not work at anywhere near maximum output and/or it may blow instantly.

            • Where the wavelengths differ substantially (e.g. 780 nm vs. 670 nm) the optics may no longer focus or collimate properly. With luck, there will be enough of an adjustment range — if the optics are not totally sealed and glued in place!
            • This can probably be done but expect to blow some laser diodes if you are not extremely careful — and even perhaps if you are!

              Removing the Cover from a Laser Diode

              Should the optical window on a metal laser diode package become damaged or broken, it may be possible to remove the entire cover. I don’t recommend attempting to break out the window for fear of damaging the actual laser diode chip just behind it. Rather, take a triangular jeweler’s file and make a groove as close to the base as possible all the way around, going just deep enough to make it through the outer case. The entire cover will then pop off. Securely SHORT the leads of the laser diode together to prevent ESD damage as you do this. While the exposed laser diode chip won’t be as protected as inside the can, with care it will survive especially if some substitute means of keeping out environmental contaminants is provided.

              Laser Diode Life, Damage Mechanisms, COD Drive, Cooling

              Laser Diode Life

              For all intents and purposes, low power laser diodes in properly designed circuits do not degrade significantly during thousands of hours of use or when powered on or off. However, it doesn’t take much to blow them (see the sections: Low Power Visible Laser Diodes and CD Player and Other Low Power IR Laser Diodes ). I have seen CD players go more than 10,000 hours with no noticeable change in performance. This doesn’t necessarily mean that the laser diode itself isn’t gradually degrading in some way — just that the automatic power control is still able to compensate fully. However, this is a lower bound on possible laser diode life span.

              Some datasheets list expected lifetimes for laser diodes exceeding 100,000 hours — over 12 years of continuous operation. Of course, I trust these about as much as the latest disk drive MTBFs of 1 million hours. -)

              Laser diodes that fail prematurely were either defective to begin with or, their driver circuitry was inadequate, or they experience some ‘event’ resulting in momentary (greater than a few microseconds) overcurrent. What this means is that with cheap driver electronics such as found in many laser pointers, leaving the thing on continuously may result in much longer life than repeatedly pulsing it.

              As noted elsewhere, a weak laser diode is well down on the list of likely causes for CD, LD, MD, and DVD player, as well as laser printer problems.

              High power laser diodes may have considerably shorter life expectancies than the 5 mW variety — 10,000 hours or less.

              And, high temperature operation can reduce life expectancy, possibly by as much as a factor of 2 for each 10 C rise above the temperature quoted in the device’s specifications. Thus, a laser diode with a quoted life of 10,000 hours at 25 C, might only last 125 hours at 55 C. Not that it will actually fail at 125 hours and 1 second, but its maximum output power will be reduced by 50 percent. I expect that there is a wide variation on the extent to which this applies depending on device type, how close it is operated to its specified maximum power, and all sorts of other factors.

              Of course, in the grand scheme of things, even LEDs gradually lose brightness with use.

              (From: Gregory J. Whaley (gwhaley@tiny.net).)

              There is one thing to keep in mind about laser diode lifetimes. The time to failure probability distribution is quite wide, meaning that some laser’s lifetime will be significantly less than the 5,000 hour mean, and some will be much, much longer than the mean. Lasers are not like light bulbs where they wear out and have a predictable lifetime. The main life limiting factors in a laser diode are related to how many crystal defects are present in the device when it is made. If you are lucky to have a diode with very few defects, then your laser may last nearly forever. If you are not so lucky, it may only last a few hours.

              How Can I Tell if My Laser Diode has Been Damaged?

              Overdrive or other abuse of a laser diode may result in total destruction and instant conversion to a DELD (Dark Emitting Laser Diode). However, what is more likely to happen is that the device will either still produce some coherent output (but at reduced power levels) or turn into an expensive LED.

              If you don’t know the life story of your laser diode, see the section: Testing of Low Power Laser Diodes before you contribute to its demise!

              Assuming the device was operating above its threshold current with a nice bright output beam prior to the ‘event’, some or all of the following may be in evidence:

              • The output intensity is somewhat reduced at the same current level — The laser diode has likely been damaged but not totally destroyed. It may still be usable but will no longer be able to produce its full rated output power. However, its beam profile will likely have suffered (see below). Don’t be tempted to boost the laser diode current to obtain the same output power as before. You will likely cause further damage and possibly complete its conversion to an expensive LED.

              If you return a damaged laser diode to a driver that uses optical feedback to stabilize output power, the laser diode will likely be destroyed if the circuit increases the drive current to its maximum limit in a futile attempt to achieve the expected output power.

            • The output intensity is much much lower at the same current — You have an expensive LED. Note that the lack of coherent light will not be instantly obvious from the optical properties of the output beam. You will still be able to collimate or focus it quite nicely compared to an LED because the emitting area is much smaller than an LED — perhaps as little as 1 x 3 um for a 5 mW laser diode compared to around 250 x 250 um for a typical LED. However, the intensity of a functioning laser diode has the characteristic wedge shaped output pattern while that of the resulting LED is more diffuse. Thus, viewing the output will result in a distinct peak close to the optical axis if it is still a laser diode. (Of course, I assume this viewing is being done safely!)
            • Beam intensity doesn’t increase dramatically as the current is raised (as it would with the positive feedback of an intact laser cavity) and there will be no distinct threshold; output will be pretty much linear with respect to current.
            • The output power doesn’t change monotonically with current — This is particularly evident on higher power laser diodes that have been traumatized. This may be due to a variety of damage mechanisms including (1) that the preferred transverse mode structure changes with increasing current, the damaged areas of the facets (mirrors) will interfere with the smooth increase in output power and (2) impurity migration or other defects in the junction due to excessive current. There will be certain current levels where the output power will dip a bit, decreasing when the current is increased.
            • The beam characteristics have changed — A damaged mirror will likely result in all sorts of effects on the beam even if the device still lases. It may cut off part of the beam changing its shape, symmetry, or uniformity; act like a slit or diffraction grating and produce side-lobes, or any of a number of phenomena resulting in unsightly blemishes that can only be described with photos of the beam profile (more below). Slight damage may result in what I like to call measles — a few dark spots at random locations. However, first clean the laser diode’s window — I have been misled into thinking damage had occurred when in fact only some specs of dust had decided to land on the window!

              For the typical low power laser diode (e.g. NVG D660-5), a common effect is for the normally nice smooth elliptical beam to develop dark stripes parallel with the fast axis corresponding to damaged sections of the facet. With my experiments (some semi-intentional, others accidental), they were more or less symmetric on either side of the center of the beam. Interestingly, on a few samples, some degree of this effect was totally reversible when current was reduced indicating that actual damage hadn’t yet taken place. On one in particular, it was possible to run at a total output power (every photon captured by my power meter) of over 15 mW (keep in mind that these are rated 5 mW max) but after a few seconds, the banding would start appearing. Killing power and letting the device cool then restored the normal beam pattern. At an output of 10 mW, it could run all day without problems. At some output above 15 mW, the banding occurred instantly and was permanent. (There was no heatsink on this device for any of these tests).

              For high power laser diodes such as the type used to pump solid state lasers, the location of facet damage be even more clearly seen in the beam pattern. Since the emitting aperture of these may be 100 um or more, projecting the output onto a white screen using a short focal length lens (e.g. one from a CD player) will yield the distribution of lasing along the aperture. Set up the distance between the lens and screen to be about 40 mm. This will require an LD-to-lens distance of a few mm (for the CD player lens of 4 mm focal length). The projection will then be a line 2 or 3 mm in length. A new/good LD will have a smooth and nearly constant brightness (if visible or through an IR viewer) but a damaged one will have significant variations in brightness as well as places where there is no light at all. A common failure characteristic is to just have the side lobes with nothing in the middle. However, this terminal disease would also be obvious in the unfocussed beam pattern. Such serious damage may even be readily apparent as different color/rough areas on the end facet using a magnifier or low power microscope.

            • For some diodes/types of damage, these effects can be quite dramatic and also violate our belief in instantaneous and permanent damage mechanisms with respect to laser diodes. One of my NVG D660-5 laser diodes (5 mW max) was subjected to an overcurrent event which resulted in total loss of regulation by its driver (perhaps the rear facet was damaged reducing optical power to the monitor photodiode). The usual outcome of such a failure would be a totally fried laser diode. However, with this sample, the beam pattern fluctuated wildly as current was increased from threshold with side-lobes appearing and disappearing and changing position, with the intensity of the beam diminishing and finally vanishing entirely. However, this was all totally reversible by simply reducing the current! At one particular current, the output looked approximately normal with an output power of 10 mW — twice the diode’s rating In short, even after being subject to such abuse, this tough diode still exceeded its original specs! It finally succumbed to further COD (Catastrophic Optical Damage) when switched on at too high a current after cooling down and produced even stranger beam patterns but less maximum power. Then, it died completely, turning into a 39 ohm resistor. (

              A way to determine if a laser diode is damaged is by shining the uncollimated beam on a white screen and looking at the spread of light intensity — the beam profile.

              This method works with all laser diodes where the light is visible (up to a wavelength of about 800 nm), or with a CCD camera or other sensor array, further into the IR — or UV (wishful thinking).

              A working laser diode, will produce an elliptical beam, that is brightest in the longitudinal axis, and tapers off in brightness towards the edges. Some may have slight bumps or dips or hints of an interference pattern but their location will usually be relatively symmetric — if one of these features occurs on one side, there will be a similar one on the other.

              If you drive a diode at even very slightly above its maximum limit, you will cause permanent damage to the diode over time.

              If you take a diode, then drive it with the correct current, the above beam profile will be produced. If you begin to slowly increase current, up to a certain point, the optical output will increase. Continuing to increase the current beyond this upper limit, the appearance of the beam will begin to change, the output will start to decrease, then the beam will have light and dark bands through it — the diode junction and/or mirror facets have now been damaged.

              At this point, the diode is still producing coherent radiation, with slightly reduced output power. If you try and collimated this beam, you will end up with a spot that has light and dark areas.

              This type of damage is caused by exceeding the limits of the structure of the semiconductor material and is irreversible.

              How Sensitive are Laser Diodes, Really?

              When asked the question: How sensitive are laser diodes to drive and handling?, there will likely be a variety of responses from either side:

              I just connected a bare laser diode to an automobile battery without any other components and it is working just fine. I have never used any ESD precautions. In fact, I have a wool sweater on at this moment and can draw some really juicy sparks from everything I touch.

              through:

              I have blown several hundred laser diodes and I have been following all the manufacturer’s guidelines with respect to ESD protection and drive. I am even using their recommended circuit layout and $4,000 power supplies. Nothing seems to help.

              Not all laser diodes are created equal and their susceptibility to damage through improper handling or improper drive likely varies widely. Here is a discussion of some of the issues:

              Does anyone have any experience with Hitachi laser diode HL7843MG 5 mW 780nm? I find this diode to be possibly extremely sensitive (ESD??), more so than any other 780nm laser diode. Does anyone know if there are problems with Hitachi MQW type diodes? Are MQW diodes more sensitive to ESD than Double Heterojunction diodes? Does anyone have info on possibly ‘bad’ or defective lasers out there?

              (From: Jon Elson (jmelson@artsci.wustl.edu).)

              Strange. I think I’ve used some of these.

              I hear everybody babbling about extreme static sensitivity on these devices, yet I’ve never had a failure, and I’ve been using just the usual minimum precautions with any semiconductor device. I suspect that people may be exceeding the optical power MAXIMUMS on the devices. I’ve been very conservative on that, since the devices only carry an optical maximum, and don’t have that correlated to forward diode current (difficult, because it varies strongly with temperature). I try to run them at a good bit less than rated power, maybe 2 to 3 mW optical output. I’m using a diode sold by Digi-Key for $19.00, just because it is cheaper than the Panasonic in the 5.4 mm case. I think the manufacturer is NVG or something like that. I’ve got 10 of them I am working with, designing a closed-loop driver for a photoplotter, which pulses the lasers on and off as fast as 10 us on, 10 us off. It is working pretty well now. I included a series resistor (as well as the control transistor), so that if the loop becomes unstable or the sensing diode gets disconnected, it won’t fry the laser diode.

              (From: Dr. Mark W. Lund (lundm@xray.byu.edu).)

              The babbling starts here: You don’t have to be a total idiot to blow these things, in fact I have blown a few myself. Identifying the source of the trouble is extremely costly and difficult because it only takes a spike of a few nS to to the damage. I would say that 99.9999% of the time it is the power supply. Either it spikes on turn-on, turn-off, or at random. We used to toast lasers with a $5,000 laser diode power supply that would spike every time you sent certain signals on the IEEE 488 control line. This was a tough one to figure out, I can tell you. In the process we tried to damage one using static to try to get a handle on the sensitivity, but were not able to get a catastrophic failure this way (we may have induced some latent failures, however). Other laser diodes may vary.

              (From: Jon Elson (jmelson@artsci.wustl.edu).)

              Ah! This is good anecdotal evidence! I’ve often suspected that there might be more of this going on, and instead of examining the drivers, people just attribute problems to an invisible gremlin! I sure can see how a closed circuit driver can oscillate or overshoot on transients, and there could be a situation where some percentage of drivers will be less stable due to component tolerances. Unless you rigorously test a good batch of your drivers, you could have this sort of thing and not know it. (Of course, any time you put a computer in the loop, especially one that is canned inside an instrument, then the probability of unanticipated gremlins increases dramatically!).

              Of course, I was designing a fixed-purpose driver to be used in a specific application, inside an instrument, so I had it easier than the guys designing a lab-quality pulser for who knows what application. So, I could put in a resistor, which will limit current to some ‘safe’ level, even if the loop is unstable, which it certainly was when I was tuning up my driver.

              I DO use generally sound anti-static precautions, almost subconsciously, to protect all semiconductor devices. But, I am aware that I have occasionally, by accident, touched a cable going to the laser diode before I was grounded, and I have never noted a catastrophic failure.

              I will have to go through some rigorous life-testing to make sure I’m not causing latent failures, but I’ve run these diodes for quite a few hours while testing things, and nothing of note has turned up yet.

              By babbling, I meant some items in print media, as well as a lot on this and other newsgroups, indicating that if you even touch one lead of a diode laser, it is ABSOLUTELY destroyed, with a probability of 1.000! Obviously not true! Your comments are well reasoned, and indicate real experience. Others have also written that only a huge corporation, with millions in test equipment, could ever make their own laser diode driver. Now, clearly, the nanosecond multi-watt pulsers ARE much more difficult to do right, fast risetimes without overshoot is tricky. But, I did it in my basement with just over $1,000 in test equipment, mostly a decent oscilloscope. I also had the confidence that if I DID blow a few diodes, it wasn’t so painful at $19 each.

              So, now, I’m babbling!

              Just an update on the outcome of my question about Hitachi laser diodes, above. At that time, large numbers of the diodes in question were dying prematurely (we were running at about 80% full power at a temperature between 20 and 30 C, CW for several weeks in triangulation sensors). Our diode module supplier had the facilities to inspect the laser chips using electron microscopy and apparently found that new diodes exhibited oxidation on the facet. They believed this to be a process problem (contamination) at the manufacturer end. The last I heard, the diode module supplier credited us with replacement lasers — there were about 1000 pieces, but this took a great deal of ‘fighting’.

              Laser Diode Damage Mechanisms

              A variety of effects are responsible for laser diode failure. The one that most people are most fearful of is Catastrophic Optical Damage (COD) to the end facets due to excessive optical power density through them. This is not just simple overheating as with an underrated resistor but a complex process that can take place on a very short time scale.

              With the active area of the end-facets of some laser diode being as small as 1 x 3 um, it isn’t surprising that a little too much power will kill it. The power density of 5 mW through that aperture is 1,666,666,666 W/square meter or 167 kW/cm 2. Apparently some types of optical materials when properly processed and undamaged can handle more than this without a problem but GaAlAs or whatever of the laser diode’s mirrors isn’t one of them. (Some manufacturers specify the emitting aperture of their laser diodes to be much larger — 10 x 60 mm being a typical value. However, these dimensions are inconsistent with their beam divergence which is similar to that of the much smaller aperture. If the actual emitter were that large, power density would drop by a factor of 200 and it would seem that COD would not be a major concern at the same power level.)

              However, overall thermal damage is also possible even — or especially — with a laser diode driver using optical feedback. When you turn up the power control, there may initially be higher output. But as the laser diode heats up over a few seconds or minutes, its output with respect to current decreases and the regulator will keep increasing the current to compensate — potentially a runaway condition which can also result in damage or death to the laser diode. A large heat sink, active (e.g. Peltier or heat-pipe) cooling, or dunking in liquid nitrogen may help if you are really determined to get every last photon from your laser diode. )

              Or, where the laser diode is powered from a constant current source and set for a higher output when warmed up, it may blow instantly the next time it is turned on after having been off for a while. The reason: For the same current, the laser diode’s optical output is greater when cold and may exceed the COD limits of the its end facets.

              In other words, there are many interesting and creative ways to convert a laser diode into a DELD or expensive LED!

              (From: Gregory J. Whaley (gwhaley@tiny.net).)

              I will assume the effect is Catastrophic Optical Damage (COD) of the facet. This is an interaction between the temperature of the facet and its optical absorption. When the temperature of the facet grows, the absorption can also grow which feeds back positively to the temperature and the temperature runs away until it is physically damaged. My understanding is that this is extremely fast, certainly less than a microsecond, probably less than a nanosecond. COD is often cited as the mechanism which makes laser diodes extremely ESD sensitive and the ESD discharges can be quite brief.

              Variation in Laser Diode Damage Sensitivity

              Optical damage in a laser diode is a fairly complex phenomenon so it is hard to give time and/or power to damage. But based on my experience I’ll give some numbers.

              Typical 5 mW telecom laser diodes (1300 or 1550 nm) are really underated as far as optical power goes and they in general can be driven at 2 to 3 times their rated power without any immediate damage though their lifetime may be months instead of tens of years. High power diodes (e.g. 1 W) on the other hand are rated near their maximum optical power. How much higher they can be driven is a function of pulse width and duty cycle. To give some typical numbers at a pulse width of 1 ms and duty cycles of a few percent: A diode may be driven at up to 50 percent higher and at pulse width of about 50 ns; at a duty cycle of 0.1% it may driven at up to 5 — 10 times the rated power.

              A diode that has suffered COD is already dead so its ESD sensitivity is a moot point. On the other hand a diode that has been overstressed optically is more ESD sensitive. This effect works in reverse too, i.e. a diode that has undergone an ESD discharge may only be able to handle lower optical power.

              I don’t think a time for optical damage can be stated without knowing the stress conditions and the type of diodes. A diode stressed at 20 to 50% may not suffer any catastrophic damage at all but just die out gradually — just much faster than normal lifetimes. At about 100% overstress, degradation can be catastrophic, and fairly fast. Even then the diode can generally be operated at the higher powers for quite a while (seconds) before the onset of COD. Once the COD starts it probably is quite brief. I’m not sure about the numbers and figures mentioned (nano — microseconds) may be correct for actual COD to occur.

              What is ASE of laser diodes?

              ASE usually stands for Amplified Spontaneous Emission. It is part of any lasing process, and is just what it sounds like — spontaneous emission (not in the lasing mode) that gets amplified by the gain medium in the cavity. I find it easiest to think of this in terms of phase: The lasing mode will have one well-defined phase, while all the noise (ASE) modes will have some phase shift relative to the lasing mode. ASE is mostly a concern when you are trying to send modulated signals (e.g. bits) with your laser diode. In that case, ASE is essentially a noise source which degrades the signal (or S/N). In most electrically-pumped diodes, ASE is not so much a problem as RIN (Relative Intensity Noise), which can raise the bit error rate by changing the relative levels of the on bits.

              L-I characteristic for ASE is going to follow the lasing mode for the low part of the current range, but at some point (depending on cavity Q and carrier lifetime), you’re going to get spontaneous emission clamping, where the ASE will stop increasing superlinearly. I’m not sure that this is the same as COD, where you should see a sharp decrease in optical power output.

              There are a number of good laser physics books which may discuss this — try Sargent, Scully and Lamb (Laser Physics) or Yariv (Quantum Electronics).

              Comments on Driving Laser Diodes Without Optical Feedback

              If you intend to use the laser without the feedback, one has to realize that there are a number of problems. One is that as the temperature goes down, the laser efficiency goes up. This tends to cause the laser diode to destroy itself at lower temperatures while running that same current that was OK at some higher temperature. Generally, if the temperature doesn’t vary to much, one can use something as simple as a limiting resistor and not run the laser at its highest output. I once made a burn-in driver for some power lasers that used constant current sources that had no feed back but I had to preheat the diodes to 100 C before using that high a level of current. The level of current used would have wiped the diodes out at room temperatures.

              The hardest part of the whole thing was making the circuit to have controlled levels of current during power on and power off. Most things like op-amps are not specified under these conditions. My first attempt wiped out 10 diodes 🙁 when I turned the power on.

              To run the diodes at there maximum light out safely, requires using the feedback photo diode.

              Frequency Response of Internal Photodiodes

              This will determine the maximum frequency at which closed loop optical feedback can be used for laser diode modulation as well as the minimum filtering requirements for CW driver circuits.

              Note that the photodiode is NOT part of the laser diode structure — it sits behind the laser diode in the typical package. So, you can actually test its frequency response with an external modulated light source (like an LED or another laser diode driven by a high speed pulse generator) independent of the laser diode itself. The light doesn’t have to pass through the laser diode. Although not terribly clear, the photodiode can be see in the Closeup of a Typical Laser Diode.

              (From: Richard Schmitz (optima-prec@postoffice.worldnet.att.net).)

              The frequency response of the photo diode (PIN diode) is usually shown in the back of the manufacturers laser diode data book. In the case of Toshiba’s visible diodes, the freq. response is shown as flat out to about 10 MHz and it rolls off to -3dB at about 175 MHz. With the newer diodes used in the DVD products, the freq. response seems to be a little better, curves for the TOLD9441 show the response out to 1 GHz, down -3dB. If you need exact details, contact a distributor and get the latest Toshiba data sheets.

              Cooling of Laser Diodes

              Cooling a laser diode will have obvious physical effects like shortening of the cavity — so mode hopping would be expected. However, there will also be changes in wavelength, and efficiency will increase. But going to far may cause structural damage. The efficiency will also increase — to a point — as the temperature decreases. What this means is that with a constant current driver, the output will increase as well. However, the limiting factor before the LD changes into a DELD may still be Catastrophic Optical Damage (COD) and its onset will depend on the E/M field interaction at the output facet, something not affected very much by ambient temperature. So, your 5 mW LD may still be limited to 5 mW even if it is more efficient at low temperature.

              I have read that cooling semiconductor laser diodes shortens wavelength and greatly increases efficiency some. Does this apply to the 635 nm diodes and what would be the result of super cooling one of these diodes?

              (From: Fred Kung (kung@ccf.nrl.navy.mil).)

              One thing you will need to be careful about is that in super cooling a compound semiconductor diode laser, you will eventually take it out of its range of lasing operation (due to dispersion shifting). Dropping the temperature to -50 C or so is OK, but don’t expect them to work in LN2 or anything very cold unless they’re designed for that.

              The 0.3 nm/C figure is good for GaAs quantum well lasers with AlGaAs cladding (which covers most of the commercially available ones), but only around room temperature.

              One other thing that may happen if you cool the diode too far is that the thermal mismatch with the epoxy will cause it to physically come loose from its mount. Again, a TE cooler is fine, but don’t dump cryogens on the thing.

              As diode temperature goes down, so does the level of the damage threshold.

              A friend who makes his living selling OEM laser display systems did some tests a while back, massive amounts of Peltier cooling (30 to 40 C) results in a much lower current for the destructive failure of the diode, He was blowing off the front faucets of the diodes at less then normal operating currents. So yes you can shorten the wavelength somewhat, but you have to test carefully and derate the max current. Derating the current means less output power, so you probably want to start with a 40 mW or bigger diode. Basically the intracavity flux goes way up and often the faucet can’t take the increased power density.

              We did some experiments to see whether the types of laser diodes found in red laser pointers could be pulsed without damage. It seems that depending on the type of laser diode, pulsed operation in the nanosecond range may be possible.

              A microsecond is much to long for CW diodes, but you can try 10 to 50 ns. This can work, but it still depends on the laser diode. We performed experiments with low cost 5 mW, 650 nm CW laser diodes (red laserpointer) with 50 ns, 3 A, 1 kHz, and the LDs worked without pain (no degradation) for months. 100 to 200 ns seems to be the critical pulse length. Also the effective emitting aperture size is important, a 400 mW LD may have a typical 100 um aperture — compared to a red pointer diode of typical 3 to 5 um. The power density mW/aperture size is the most critical value, normally you cannot go much higher than 10MW/cm 2 to 30MW/cm 2 (Megawatt). Higher power density at the outcoupling facet means sublimation of mirror material. But don’t worry, worst case you have made a EELED.

              We made a fast and dirty setup and did not care much about power linearity by drive current. But laser power was more or less linear and proportional with increasing pulse current — surely running over some kinks, but this did not matter in this case. Also some LDs gave up catastrophic — as expected(. ) — at much lower pulse currents in the 100..200 mA region.

              We applied current pulses (fp

              10..100 Hz) up to 6 A, typ. 50 ns, but recognized a fast degradation and EELED metamorphosis within few minutes to hours of running.

              These LDs had PDs inside, TO-18 with window, driver circuit was APC type. But COB (Chip On Board, bare chip) LD with 50 Ohms driver may also work.

              The big surprise for me finally was to get out extremely high power laser pulses from a lowest cost red pointer laser diode. Even if you pulse such a LD at snugly 500 mA the pulse power is very high compared to a typical 5 mW to 50 mA CW current. One last thing: Normally you cannot predict if a CW LD test candidate will survive — it’s a real game of trial and error.

              Laser Diode Wavelengths, Spectra and Visibility of NIR Laser Diodes

              Wavelengths of Diode Lasers

              The first direct injection laser diodes (i.e. electrically pumped monolithic semiconductors), developed in the 1960s at the beginning of the Laser Age, were pulsed deviced emitting at near-IR wavelengths (and possibly only with cryogenic cooling), around 750 to 800 nm. As the technology has matured, room temperature CW laser diodes have become readily available and the range of wavelengths has expanded to include visible red (670 nm), orange-red (635 to 650 nm), and pushed further into the IR (up to about 2 um). Most of these are based on various compounds containing gallium and arsenic. To get an idea of the wavelengths and output powers available commercially, see: K3PGP’s Laser Diode Specifications maintained by K3PGP (Email: k3pgp@qsl.net).

              The use of laser diodes in all sorts of mass produced products (CD, LD, MD, DVD, laser printers, bar code scanners, telecommunications, etc.) has driven down prices for lower power devices, at least.

              However, shorter wavelength laser diodes had eluded researchers for many years. (The current crop of green laser pointers are DPSSFD lasers. See the section: Diode Pumped Solid State Lasers. Relatively recently, Nichia Chemical has started sampling and is about to begin commercial production of violet (400 nm, they actually call them blue) laser diodes based on gallium nitride. See Nichia Blue/Violet Laser Diodes. Other companies including Xerox Corporation have their own blue laser diodes near commercialization. Also see the section: Availability of Green, Blue, and Violet Laser Diodes.

              Mid-IR (3 to 25 um) types are also available. These typically use lead salts for the active material, but may require a frigid operating environment while producing only around 100 uW output power. You won’t find such devices in consumer electronics — their applications are more likely to be in spectroscopy research. (check out: Laser Components GmbH ).

              (Portions from: Anthony Cook (a.l.cook@larc.nasa.gov).)

              The latest development in far-IR (greater than 3 um) laser diodes is the Quantum Cascade Laser which can produce 100s of mW of light at room temperature and up to a watt or more when cooled to about -100 F (-73 C). These operate in the range of 3 to 13 um. They are not commercially available yet (I don’t think) but several research groups are doing work in this area:

              • J. Faist and F. Capasso at Lucent Technologies
              • J. R. Meyer, et. al. at the Naval Research Laboratory
              • R. Q. Yang, et. al. at the University of Houston

              See: World’s Highest-Power Mid-Infrared Semiconductor Lasers for a bit more info.

              Spectra of Visible and IR Laser Diodes

              Some nominally IR wavelengths are indeed very slightly visible. In favorable conditions (mainly isolating from more visible wavelengths) I have seen with my own eyes:

              1. The 766.49/769.9 nM potassium lines, as a contaminant in high pressure sodium lamps.
            • The 818.3/819.5 nM sodium lines in the spectra of high pressure sodium lamps.
            • The 762.1, 759.4, and 822.85 nM earth atmospheric absorption lines in the solar spectrum. (Usually with the sun somewhat low.)
            • The output of a laser diode in my CD player is visible at eye-safe intensities (half a meter from a source with a beam covering nearly a steradian for a few seconds). I have seen the spectrum of this along with that of a neon lamp placed next to it, and verified that what I saw was the laser line, with a wavelength around 800 nM. It could be as low as around 780 nM.
            • According to the C.I.E. Y or visibility function (or extrapolation thereof), the visibility of these lines is impressively low. However, considering the wide dynamic range of the human eye, these wavelengths are visible at eye-safe levels.

              CAUTION: there is no advance warning of having exceeded eye-safe exposure to slightly visible wavelengths normally considered IR. You may permanently toast part of your retinas duplicating the above unless you verify retinal exposure below the Class I laser exposure limit.

              I recently got a laser pointer with a wavelength of 660-661 nm or so and (guesstimated) 2 mW of output power.

              I discovered that if I shine the beam through one of those dielectric interference bandpass filters, I got some weak beam output at other wavelengths. So, I investigated further.

              About (very roughly estimated from standard issue eyeballs) .2 percent of the beam is spurious radiation with a continuous spectrum. I don’t yet know well what it does at longer wavelengths, but a majority of the short wavelength side of this is in the few tens of nm below 660 nm. Slight traces exist down to 540 nm. With two 532 nm filters, I could stare into the beam and see a dim point of light. With a 570 nm filter, it was slightly bright to stare into and I could see the beam VERY DIMLY on a wall in a dark room. With a filter around 630 nm, I could easily see the beam on a wall in a dark room. I used my diffraction grating to verify that most of this was continuous spectrum in the passband of the filter.

              The spurious radiation takes the same path that the laser radiation does.

              With no filter, I could not see any continuous spectrum with my diffraction grating. The laser line was so much stronger.

              As for IR lasers? If the spectrum is just a long-shifted version of what my visible laser does, the most visible part of the laser output would be the laser line. Having a wavelength 100 nm closer to visible increases its visibility only by about a factor of 1,000 and the total spurious output was (roughly) 1/1,000 of the laser line output. The wavelength of the bulk of this was nowhere near 100 nm shorter.

              Although I can’t be sure this would always be the case, the only spectrum components I could see using a diffraction grating with my CD player laser was the laser line at about 800 nm.

              I suspect different IR laser diodes may have greatly different ratios of laser and LED output. If the LED output is only a fraction of a percent of the laser output, the visible output would be mainly the slightly visible laser line. If the LED output is equal to a few percent or more of the laser output, then it may be more visible than the laser line.

              Visibility of Near-IR (NIR) Laser Diodes

              Here are a variety of comments on whether light perceived as originating from near-IR laser diodes — those with wavelengths shorter than about 1,000 nm — is actually due to the actual lasing line or just the much broader spontaneous (LED) emission. For some types of laser diodes, it may be a combination. But various experiments are described below with Ti:Sapphire and dye lasers that show clear visibility of near-IR wavelengths beyond 800 nm.

              The simplest test would be to use a diffraction grating to both view the spectrum and detect it with a silicon photodiode. If the maximum detected matches the location of the most visible spot, then you’re seening the lasing line. If the visible spectrum is smeared out or too faint to see but there is a well defined detected spot, then it’s LED emission.

              I tested a 780 nm diode laser module in this manner and the results were quite clear: The IR and visible spots lined up precisely so in the case of this module at least, what you’re seeing IS the IR lasing line.

              (From: Kjell Kraakenes (kkraaken@telepost.no).)

              I once used 780 nm laser diodes similar to the types used in CD players, and something that puzzled me was that I was able to see some red radiation from these diodes. I used a microscope objective to focus the light on a wall a few meters away, and when properly focused, a red spot was visible to the naked eye. I had a piece of black card board on the wall, and there was no specular reflection. I used an IR viewer of the type sold by Edmund Scientific (Find-R-Scope), and if I looked at the spot with this IR viewer the beam appeared defocused. By adjusting the distance between the laser diode and the microscope objective, the spot (as it appeared through the IR viewer) could be brought to a better focus. The red, visible light was then so much defocused that it was no longer visible to the naked eye. From these observations, I assumed that the spot I saw through the IR viewer was the laser emission at 780 nm, and that the visible light was some weak emission at a shorter wavelength. Because of the chromatic aberrations in the microscope objective these two wavelength could not be expected to be in focus simultaneously. I did not notice whether the distance between the laser diode and the microscope objective was increased or decreased when shifting between the focus of the visible and the IR light, but since I did not know the chromatic aberrations of the microscope objective this information would not help me.

              I damaged a few of these laser diodes. Probably by burning one of the facets such that the lasing threshold was increased. Electrically they were OK, and the visible output appeared as intense as before, but the total output was only a few microwatts.

              I therefore believe that the light people see from NIR laser diodes is spurious emission within the visible band, and not intense NIR radiation.

              According to the official ‘standard observer’ photopic response of the human eye, the long wave cutoff is a gradual one. Sensitivity roughly halves for each 10 nm further into the infrared. This trend holds close to true enough ‘officially’ from 700 to at least 780 nm.

              It seems as if a small spot is usually (maybe only barely) visible to dark-adapted eyes in a dark room with eye-safe levels of any wavelength up to around 880 to 900 nm, maybe 950 nm for brief viewing. (If your eye’s long wave sensitivity is not below average!)

              But you may not want to push your luck. A milliwatt of IR can permanently cook a spot of your retina, maybe within a couple seconds, and with no pain or warning. Prolonged focusing of any quantity of light over 0.4 microwatt onto a single point on the retina is potentially damaging, although several microwatts won’t do damage in only seconds.

              Be careful if the main beam of the IR laser diode is collimated or not known to not be collimated. Some IR laser diodes have visible spurious emission, which may detract you from the main beam. In some other IR laser diodes and depending on your eyes, most of what you find visible is the main IR wavelength and you may be exposing your eyes to plenty of it if you find it visible.

              (From: Sam.)

              I wonder about this. We use 1 W+ laser diodes at 808, 814, and 980 nm routinely while monitoring on an optical spectrum analyzer. While we don’t usually search for shorter wavelengths from the diode, we do occasionally scan for other wavelengths and have never seen any that would explain the red emission other than the fundamental of the diode. 808 nm and 814 nm are faintly visible; 980 nm is totally invisible. I have even seen very very faint red-appearing light from high power 870 nm laser diodes for which the optical spectrum was known and very local to 870 mn. Thus, it must be that this wavelength that is actually still visible. Your mileage will vary and depend on the model and revision level of your set of eyeballs. Consult factory for more information. Have model and serial number available. )

              I don’t know what the dynamic range of your spectrum analyzer is — and I’m sure the sidebands vary greatly from diode structure to structure. We have seen large wings on both sides of 780 to 810 nm diodes, sometimes very structured, sometimes broad and featureless. One 1.48 W diode was emitting astonishing amounts at 1.9 to 2 um for example. For a 1 W diode, say 10 -9 or -90dB or 1 nW would be easily visible to the dark adapted eye and if it’s in the 600 nm-odd region (where we have seen emission) it’s that you will be seeing not the 1 W of 800-odd nm. The emission can be very broad, which your eye integrates up but an analyzer sees as a very flat signal just above noise; remember that for good dark adaption and narrow electrical bandwidths your eye is not *that* much worse than a PMT! Incidentally, since the photon has to cause photochemistry in the eye to get detected, I rather suspect that the drop in sensitivity with wavelength may well steepen. For example in my less careful youth I’ve looked at MW class 1.06 um lasers hitting things and never seen anything at all unless there is a plasma flash.

              I have an external cavity-stabilized diode at 785 nm in the lab, with a band-pass filter to remove unwanted sidebands. It is clearly visible, and there is definitely no stray light at shorter wavelengths.

              In another lab there’s a Ti:Sapphire laser running at 790 nm, and that is also visible, even when it’s running CW (narrow bandwidth).

              (From: Harvey.)

              Probably the best data I’ve seen that you can really see it but *certainly* in many cases it is stray shorter wavelength from diodes, we have measured it. For 1 W class sources a 10 -9 level sideband can easily be the cause of the visibility, especially as the eye integrates up broad band featureless mess that spec. analyzers easily miss. Its easy to say definitely narrow band. but what is the bandwidth at the -80, -90dB level? For the Ti:S I guess you can be pretty sure though — I don’t recall how short the fluorescence can go.

              However I would still maintain it is very unwise indeed to try. Your eye sensitivity is down 5, 6 orders of magnitude on peak, it will look dim, but the potential for eye damage is horrendous — to see it, you would have to blow massive holes through laser safety rules!

              What is often missing from these discussions is that there is a fair amount of variation among people as to how far in the red/blue they can see. Dye lasers are good tests of this. I can see down to about 380 nm and also out to about 820 nm. Some people crap out at a little below 400 nm and a little above 780 nm. I know one person who can see down to 370 nm and well above 840 nm, but he is very unusual.

              2 wavelengths out of one laser diode chip: Yes, it’s possible.

              Some months ago we receiveed a batch of 980 nm laser diodes (modules) with light emission at two wavelengths: One as expected at 980 nm (50 mW) and another very low power emission at around 670 nm (few 10 uW).

              You must see it to believe it, but out of one laser diode chip there can be red light and infrared light, that’s fact.

              Spectral Width Measurements of Diode Lasers

              Could you give some more details of your measurement?

              1. How did you make the measurement — i.e. with what instrument(s)?
              2. What were the bias conditions of the laser diode (preferably expressed relative to the threshold current)?
              3. What, exactly, were the results?

              These questions should enable us to account for the three most obvious possibilities:

              1. That your measurement was inaccurate and/or misleading.
              2. That you were not observing lasing at all.
              3. That you do not fully understand what the manufacturer means when they specify the spectral width.

              In each case, the explanation may be:

              1. The measurement must be of sufficiently narrow resolution that when you observe the power at, say, 660nm, you are not observing significant leakage of light from the main lasing mode at around 635 nm.
              2. If the diode is not biased (sufficiently far) above threshold, you will see a very broad spectrum including all the cavity modes within the semiconductor gain bandwidth (typically many tens of nanometers). Only when the device is lasing will a small number of dominant modes appear.
              3. Spectral width is normally specified as full-width half maximum, i.e. the difference (in nanometers) between two points in the spectrum where the power is one half of the peak power. On a sufficiently sensitive instrument (e.g. an optical spectrum analyzer with the display set to logarithmic scale), you will see power over a much wider bandwidth than this. However, it remains true that most of the output power lies within the specified bandwidth.

              One final possibility is that the diode is faulty, damaged, or does not otherwise meet spec. However, if you are inexperienced in the use and characterization of laser diodes, we must eliminate all the above possibilities first.

              Most laser diodes emit a broad background of spontaneous emission as well as the laser output.

              A student of mine made another error a while back. He simply had the gain on the detection system turned up too high; the very narrow laser line was heavily saturating the system, and he saw those big broad wings.

              Which incidentally can extend extraordinary distances and have all sorts of structure. One of our 810nm diodes puts out a load of broad band mess out near 2,000 nm (yes, 2 um!) but virtually nothing in the 1 to 1.8 um region.

              How LEDs Compare to Laser Diodes — Wavelengths, Spectrum, Power, Focus, Safety

              For much more info and links on LED technology, check out Don klipstein’s The Brightest and Most Efficient LEDs and Where to Get Them! page.

              Wavelengths of Common LEDs

              Ordinary LEDs have peak wavelengths and dominant wavelengths:

              The dominant wavelength is the wavelength (mixed with white if necessary) that matches the color of the light source in question. The white, if not specified, is usually C.I.E. Standard Illuminant C which is approx. 6500 Kelvin. C.I.E. Illuminant E, which has chromaticity of (.3333. 3333) and is very slightly purpler than approx. 5500 Kelvin, may also be used. Most LEDs are either close enough to matching a spectral color or on a blue-yellow line that most whites are close to that it is not really necessary to specify the white.

              But here are the peak wavelengths, dominant wavelengths, and approximate limunous efficacies (lumens in each watt out, not lumens per watt in that I mention in The Brightest and Most Efficient LEDs and Where to Get Them! for various LEDs. The luminous efficacy of 555 nm is approx. 681 lumens per watt.

              Please note that I have misplaced some Hewlett Packard LED datasheets which contain most of the luminous efficacy data that I had on hand. I may be able to recover some from Hewlett Packard’s web sites and refine this later.

              Spectrum of LEDs

              Basically, there is no contest. The emission spectra of an LED is much broader than that of a laser diode. While a typical laser diode will have a spectrum of 2 or 3 nm (FWHM), that of a typical LED may be 50 nm or more. This is one of the main reasons that super high power LEDs aren’t really useful for pumping of solid state lasers (the others have to do with the large emitting area, lower efficiency, and cost).

              The typical spectral width (FWHM) is about 20 nm for narrower visible ones such as InGaAlP and InGaN. Some visible ones are broader — about 70 nm for broader bandwidth blue and low current red.

              Infrared GaAlAs with peak wavelength 880 nm seems to usually have a bandwidth of 80 nm, at least if made by OSRAM Opto Semiconductors (formerly Infineon).

              Power Output of Some Visible and IR LEDs

              Most visible LEDs have their characteristics specified at 20 mA.

              Here are approximate characteristics (at 20 mA unless otherwise specified) for some brighter LEDs. Output power is total of the main beam and all stray output. ALL FIGURES ARE APPROXIMATE and are based on some crude measurements. NOTE: The InGaN/GaN types are nonlinear with decreasing efficiency at higher currents and are most efficient at currents of just a few mA. All other types mentioned above have maximum efficiency generally around 20 to 30 mA and sometimes higher. Efficiency = Po/(V * I).

              High Power LEDs

              Most conventional LEDs produce a few mW with a few as high as 10 to 15 mW. However, there are some truly high power LEDs:

              (From: Lou Boyd (boyd@apt2.sao.arizona.edu).)

              Opto Diode Corporation offers the OD-100, TO-39 single diode which is rated is rated at 80 mW minimum, 100 mW typical continuous output at 500 mA. Their OD-669 T066 is an array of 9 diodes and produces 390 mW minimum, 1/2 watt typical at 300 mA (13.5 volts). Both are 880 nm. They cost about $9 and $60 respectively but there’s a minimum order.

              Efficiency of LEDs

              Commercially available high power laser diodes can have overall conversion efficiencies of 45% to 50% and research is underway to boost this to a staggering 80%! How do LED compare?

              The Overall luminous efficacy (lumens out per watt in) is the conversion efficiency (watts out per watt in) times the luminous efficacy of the emitted light, and that is 683 (used to be 681) times the photopic function of the emitted light. Photopic function overall is a weighted average of the photopic function of every wavelength (or narrow slice of the spectrum), weighted by the amount of optical output at each wavelength or in each little slice of the spectrum.

              The most efficient (conversion efficiency) visible LEDs to my knowledge are Lumileds Luxeon red ones with truncated inverted pyramid dice. At full power, they typically achieve 42 lumens per watt in. The luminous efficacy of the emitted light (lumens out per watt out) is around 160 lumens/watt, maybe a little more. This means the conversion efficiency (watts out per watt in) is around 25%.

              Lumileds red, orange and yellow LEDs are most efficient when slightly to moderately underpowered. Their red ones may get 28% to 29% efficiency at half power.

              The best of other red LEDs get around 18% to 20% conversion efficiency.

              The highest conversion efficiency that I have heard of so far for a non-laser LED is for red GaP, or GaP doped with ZnO, and the figure that I heard was 30%.

              This is at low currents, maybe around or possibly under half a milliamp for the usual ones with maximum rated current of 30 mA. These are noticeably nonlinear with efficiency peaking near or maybe under half a milliamp. They are so nonlinear in favor of low currents that they are sometimes referred to as low current red and most low current red LEDs are these. Ones in non-tinted packages often glow orangish or sometimes even yellowish orange at currents that they operate safely at — a secondary spectral band in the yellowish green does not lose efficiency at higher currents the way the main red band does. These LEDs are distinguished by a nominal peak wavelength of 690 to 700 nm.

              For examples — look in a Digikey catalog for Panasonic red LEDs with a peak wavelength around 700 nm.

              Conversion efficiency of some other LEDs — APPROXIMATE and GIVE_OR_TAKE SOMEWHAT — at the current that the LEDs are characterized at (20 mA or 2/3 maximum current usually, except maximum current for Lumileds Luxeons while the chip is at 25 C — HAHAHA. ).

              Here are numbers for some specific manufacturers:

              • Nichia blue: 10% to 11.5%.
              • Nichia blue-green:

              9%.

            • Nichia green: 7% to 9%.
            • Nichia white: 8% to 9%.
            • Lumileds blue — 11% to 12%.
            • Lumileds cyan —

              9%.

            • Lumileds green —

              5% to 6%.

            • Lumileds white — 9% to 10%.

              (Nichia LEDs can be

              19 to 20%.

            • Best other oranges:

              10% to 15%.

            • GaAlAsP 660 nm peak ultrabright red:

              10, sometimes 11%.

            • Best yellow-green:

              1.3%.

            • (Lumileds has slight improvement at slight to moderate underpowering, other red to yellow-green usually has close to maximum efficiency at characterized current.)

              Measuring Efficiency of LEDs

              Get the black satellite grade solar cell, such as Radio Shack 276-124 (version at least A). There are soldering surfaces on the top and bottom along one of the long edges. There may be oxide on those surfaces, so clean these surfaces very gently with very fine sandpaper or preferably fine steel wool. Maybe place the cell on a flat surface while scrubbing it, since it is about as fragile as a piece of glass of the same dimensions. Then solder a pair of wires onto it, preferably 26-30 gauge. Solder quickly to avoid cooking the silicon.

              Connect the solar cell to a milliammeter. Shine the LED on it, with known current flowing through the LED. Make a small white paper cone to get the side and rear light (although there is usually not much from most LEDs) on to the cell. Do this in a reasonably dark room but with some illumination on the solar cell meter. Move the LED and the white paper cone around for the highest reading. Note that the solar cell can scratch LEDs which will mar clear ones.

              Multiply the solar cell current by 1.04 to approximately correct for the little silvery strips on the solar cell blocking light from it.

              Divide the (multiplied by 1.04) solar cell current by the LED current — this will be the photon/electron ratio. Give or take a few to maybe several percent. )

              Note that the solar cell will read low with blue LEDs, probably a little low with blue-green ones, and definitely a little low with white ones. The blue solar cells are not as good as the black ones — the blue ones are only reasonably accurate from yellow to near IR, while the black ones are good from mid-green through near-IR.

              Amorphous silicon solar cells, selenium solar cells and flexible solar cells will not work as well as single crystal silicon ones.

              I have gotten figures that don’t run low compared to figures claimed by LED manufacturers, so I know this method is reasonably accurate.

              With many LEDs, the photon/electron ratio is close enough to the efficiency. To refine this figure, multiply it by the electron volt photon energy, which is 1240 divided by the wavelength in nanometers. The peak wavelength is close enough to valid for most LEDs. Then divide this by the voltage drop of the LED in volts.

              If you want a luminous efficacy figure in lumens per watt, many LED manufacturers publish such figures for the emitted light. If your LED does not have a figure for the efficacy of the emitted light, it is normally close enough to that of other LEDs of the same peak wavelength, bandwidth, and basic chemistry. Multiply the manufacturer’s figure by the LED’s conversion efficiency to get the overall luminous efficacy, in lumens of light per watt of electricity.

              Super Bright LEDs Versus Laser Diodes

              There are now LEDs in virtually all colors that have higher output power than your typical small laser diode. However, they are still incoherent and have a large emitting area. Therefore, they are not generally suitable as replacements for laser diodes in many applications. However, where the need is for a bright light source, LEDs may be superior to laser diodes because they don’t suffer from speckle or other interference effects.

              CAUTION: While not generally on par with laser diodes in the danger area, these super bright LEDs must still be treated with respect especially if collimated or assembled into multiple LED arrays.

              Why Can an LED Not be Focused Like a Laser Diode?

              The cheap laser diode from a CD player can be focused to a spot less than 2 um in diameter. A $5 laser pointer can project a spot a few mm in diameter several meters away. Why is this not possible with an LED?

              The quick answer is that an LED does not appear as a point source and has as effective emitting area which is huge compared to a laser diode. Even though the emitting area of a laser diode is not a point, due to the way the laser beam is generated — collimation wise — it appears as a point source.

              And, a point source can be focused to another point or collimated easily.

              The effective emitting area of an LED is perhaps .25 x .25 mm. To focus an incoherent source like this to a 2 um spot with imaging optics would require a ratio of distances of roughly 125:1 for the LED-to-lens compared to the lens-to-image plane.

              With only simple optics (e.g. a positive lens), you will get a vanishingly small amount of power at the image plane. Similarly, an LED beam cannot be cleaned up with a spatial filter (pinhole) as very little of the beam will make it through.

              The laser diode is coherent and monochromatic (enough) that relatively simple optics can be used to focus it to a spot smaller than 2 um. While the dimensions of the laser diode chip are not all that much different from the LED, the characteristics of the laser emission makes such focusing a relatively easy task.

              Consider that the beam from a HeNe or ruby laser doesn’t come from point source either. The beam can be sharply focussed because it is very well collimated.

              The availability of relatively inexpensive laser diodes really was the enabling technology for the CD revolution — and for the glut of cheap laser pointers!

              To construct an LED pointer with the simple optics that are adequate in a laser pointer isn’t practical. With that effective emitting area of an LED of around .25 x .25 mm, geometric optics tells us that to project a spot 10 mm in diameter 10 meters away with a positive lens, the ratio of distances from the diode to the lens and from the lens to the screen would have to be about 1:40 so the lens would have to be about 25 cm (8 inches) from the LED. At that distance, any reasonable diameter (and affordable) lens would intercept a very small portion of the emission of the LED. There are ways around this using more complex optics that compress a long effective focal length into a compact package. Putting a negative lens close to the LED followed by a larger positive lens would do this, as would a Schmidt-Cassegrain telescope. Even if the spot size requirement is met, I don’t know how much of the LED’s output would be used by an affordable system. Although there have been somewhat bulky (e.g. 1.5 foot long) pointers based on incandescent lamps, I don’t know if LED pointers have ever been produced for presentation purposes. However, Roithner Lasertechnik does list LED pointers but the lowest divergence is 10 degrees (about 170 mR) which isn’t quite as good as a decent flashlight!

              One interesting side note: burnt out laser diodes — i.e. those that still work as LEDs but do not lase — can be focused or collimated nicely. Not quite like a true laser diode, but much better than an LED since the emitting area is still very small — typically 1 um by a few um for a low power laser diode. Of course, the maximum optical power output of these blown devices is also quite small. -(

              If a beam of light has nothing but *precisely* parallel rays, it can be focused to a point. Also, if the beam originated from a point, a lens will focus it to a point.

              An LED has neither of these. First, it is an area source and light coming from that surface is not parallel. It would also be called a diffuse source, meaning light from all places on the surface travels in many directions. This kind of source can not be focused to anything but a smaller image of itself. The shorter the focal length of the lens, the smaller the image — but it is still an image of the source, not a spot. It is because of these rays, traveling in different directions, that a lens can’t focus them all to the same point. If you draw the side view of a lens and trace rays this all should be obvious.

              The gas laser, on the other hand, has rays which are much much closer to being parallel. The diode laser has rays which appear to come from an apparent point inside the diode.

              There are two more subtle effects. One effect is the relatively wide range of wavelengths in the LED versus the narrow range of a laser. Simple optics don’t focus all wavelengths at the same focal length. So the wide bandwidth of the LED causes a little trouble. There is another effect having to do with the size of the lens (diffraction limit) and the wavelength, but this is also secondary to an understanding of the *primary* reason why an LED can’t be focused.

              (From: Dave Martindale (davem@cs.ubc.ca).)

              A commercially-made Schmidt-Cassegrain or Maksutov telescope could project a small spot from an LED at a considerable distance. These both use a fairly fast (low f/number) primary mirror and a diverging (negative focal length) secondary mirror to give the net effect of a long focal length slow (f/10 to f/12) optical system. I have a 4 inch diameter SCT with 1.2 m focal length; the 8 inch SCTs are generally 2 m focal length. A 4 inch SCT is pretty small and light weight; 4 inches diameter, maybe a foot long, and a few pounds.

              And that’s just the primary mirror. A telescope and eyepiece are nominally an afocal system, with parallel incoming rays exiting parallel from the eyepiece. But, in fact, most telescopes have enough focuser travel to focus the image somewhere out behind the eyepiece. You can put a camera body loaded with film in that location and you get eyepiece projection photography. The effective focal length of such setups can be enormous — yet it uses nothing more than a standard telescope and eyepiece.

              So, how plausible is a few mm diameter at several hundred yards? Well, the resolution limit (from diffraction) of a 4 inch diameter telescope is about 1 arc-second. One arc-second is the size of an object 1 mm across at 200 m. So with a well-collimated *laser* source and perfect focus and alignment and no air turbulence, you should be able to produce a spot only a few mm in size at 200 yards.

              Without a laser, it depends on magnification. One way of looking at it: with eyepiece projection, using a short enough focal length eyepiece, can you get the image of something 5 mm in size at 200 yards (5 arc seconds) to be perhaps 1 mm in diameter on the film? Without doing the calculations, I’ll bet you can. And if you can, then the path can be operated in reverse: substitute a LED die for the film at the focal plane, and if the LED die is less than 1 mm across, then the in-focus image of it 200 yards away will be under 5 mm.

              (From: ledmuseum@worldnet.att.net.)

              The only decent simulated laser that used an LED (that I’m currently aware of!) was sold by Information Unlimited in the early 1980s. It used a Fairchild FLV-104 LED (I *finally* got my hands on one of these last week) and consisted of a 12 long telescoping metal tube, a long focal length lens, the special LED, and a circuit that fed high current pulses to it. The pulse rep rate could be varied by a pot on the butt end.

              When the device (in kit form) was constructed properly, it emitted bright flashes of red light that were remarkably well collimated and could be seen on a surface 300 feet or more away.

              Some very limited info about this laser LED can be found at 1980-1989: LEDs Brighten Our Lives. If anyone knows about blue simulated laser pointers, I’d love to get my hands on one at least for the sake of my Web site.

              Actually, I’ve gotten excellent collimation off the standard high-lumen turquoise LED (21k lumens), the divergence angle is actually much less than say the TEC cooled 500 mW Polaroid laser diodes. Mine was from a Photon Light, only the turquoise one works, the rest don’t have proper uniformity/divergence. I believe you can buy the raw LEDs for $2 to $3.

              Using a couple of 0.5 diameter tech-spec lenses and a 10 dia. solid glass photocopy lens, I read about 2 mW of output power off the collimated LED beam, which is pencil thin at the aperture and grows to about 2 diameter at 20 yards. I had to laugh as I have some real lasers which don’t have that nice of collimation.

              If you want proof of concept, just grab 2 convex lenses and collimate the beam. I tested the idea out with 2 —

              4 magnifying lenses I had lying around. The rather amazing results led me to hunt for the perfect LED collimation.

              I can get the beam waist at output to be needle-then, but the best collimation I can get is with a slightly larger output diameter. This is probably due to the first large lens which I’m using to capture most of the light.

              Vision Safety Comparison of Laser Diode, LED, and Light Bulb

              As LEDs with higher and higher outputs are being developed, there is natural concern (or should be) that they could also prove to be a hazard to vision. At some power level, this will no doubt be a valid concern. However, when evaluating the risks from laser diodes and LEDs of similar power output, there really is no comparison:

              The intensity of a light source can be loosely defined as the optical power divided by the area of the source divided by the solid angle of emission. An LED and a laser diode with the same power output which both happen to emit light over the same angle still differ in emitter area — by a huge amount.

              Note that for wavelengths that pass through the cornea, lens, and vitreous of the eye to be focused on the retina, it is optical power that matters regardless of how bright any given wavelength may appear. Thus, 5 mW of 555 nm green light (to which the eye is most sensitive) has about the same damage potential as 5 mW of 780 nm IR (which is nearly invisible) in terms of how much heat will be delivered to a spot on the retina. However, the 780 nm IR, being nearly invisible, will not trigger blink reflexes and aversion responses so it is in fact much more dangerous. For more info, see the section: Лазерная безопасность and Техника безопасности диодных лазероы .)

              A typical laser diode is diffraction limited with an emitting area of about 1 um by 3 um. An LED will emit from the surface of its chip over a full hemisphere. In order to radiate over only a limited angle, a lens is added but with idea optics, the emitting area is still effectively the .3 mm x .3 mm or so area of the LED. This is about 30,000 times that of the laser diode. With the typical 5 mm molded lens, it is more like 1,000,000 times the area. That means the intensity and optical density of the laser diode can be over a million times that of the LED.

              When the light from either device hits your eye you will not likely have any problems because your (at most) 7 mm diameter pupil will intercept very little of the light if you are several inches from the source.

              The light from the lensed LED starts out 5 mm diameter at the lens and expands rapidly until it hits the eye. The amount of light entering your eye a couple of inches away is very small.

              Even if you push the LED up against your cornea you cannot focus on anything that close to your eye even if you are extremely nearsighted. So the image of the very close LED that forms on the retina is blurred. That means it is very large and the power density is low. Adding another lens in front of the LED doesn’t help. It is not possible to collimate it very well due to that large emitting area (and the plastic lens that is likely present).

              But, with a simple lens you could collimate the laser diode to a 5 mm (or smaller) diameter beam with a very small fraction of a degree of divergence. All of the light from this collimated laser could enter the eye easily and be focused to a small spot nearly instantly burning a small pit in your retina. A collimated beam appears to be at an infinite distance even if its source is up close. The eye can focus it to a very small (diffraction limited) spot with a high power density.

              There will likely be safety warnings on the packaging for high power LEDs though you won’t find little tiny stickers on the LEDs themselves!

              Wavelength Shift of LEDs at High Current

              In my experience, LEDs that shift to longer wavelengths when they overheat have one distinct emission band. That band shifts when they heat up. What I think happens is the conductance band and valence band widen from thermal agitation and the bandgap between these bands gets narrower. The result is longer wavelength at higher temperatures.

              Most of the usual common green LEDs have a noticeable color shift when they overheat. In my experience, they degrade slightly when they get hot enough to shift to orange and stay that hot for a second or two. At the maximum temperature that they can withstand long term, there is hardly any visible color shift.

              Most yellow ones will shift to orange or reddish orange when overheated.

              However, many LEDs have a spectral shift as a function of current which is non-destructive. For example:

              1. Low current red GaP and GaP doped with ZnO, generally having a nominal peak wavelength of 690 or 697 nm, has two distinct spectral bands — a very broad one from orange to near-IR and a secondary one in the green to green-yellow. As current rises past a few mA, efficiency decreases but the efficiency decrease is mainly in the red band. As a result, higher current makes the color shift to orange.
            • Other LEDs of types whose efficiency is maximized at low currents often have color visible shifting to shorter wavelengths at higher current and longer wavelengths at lower current. Toyoda Gosei and Panasonic bright blue LEDs are cyan-aqua at 100 uA. Most of the ultrabright 520 to 525 nm greens are yellowish at 50 to 100 uA, a beautiful green at 5 mA, and slightly blue-whitish at 30 mA.
            • Original silicon carbide blue LEDs (without GaN) have efficiency peaking at low current and have color noticeably shifting as a function of current. Higher current favors a shorter wavelength (azure blue) and lower current favors aqua or whitish-aqua (longer wavelength). The bandwidth is large and does not vary much with current.
            • InGaN LEDs (which include greens) have wavelength shifting a bit noticeably inversely with current, but bandwidth remains roughly constant.
            • don/ledbl.html

              I do not know whether this is a fundamentally supposedly available spectral feature of GaN LEDs or superluminescence — a noisy/incoherent sort of oscillation via stimulated emission.

              I have pulsed every type of LED that I mention anywhere on my (LED Page using peak currents around half an amp in search of superluminescence or other laser-like action showing distinct spectral features. Results entirely have been negative except for broad band 450 nm GaN LEDs such as Nichia’s now-obsolete NLPB types and some similar Panasonics that Digi-Key used to sell a few years ago.

              But there is such a thing as a superluminescent diode — a sort of smaller-point-source LED that works like some sort of incoherent laser diode (my words).

              Other LED Information

              Availability of Green, Blue, and Violet Laser Diodes

              What’s All the Fuss About?

              NEWS FLASH. (January 12, 1999) Nichia Chemical announces sample shipments of VIOLET laserdiodes!

              Preliminary specifications (Source: EE Times, January 18, 1999):

              • Wavelength: 400 nm (Border of violet-UV).
              • Recommended Output Power: 5 mW.
              • Maximum Output power: 30 mW/facet.
              • Lifetime: 10,000 hours at 5 mW.
              • Package: Industry standard 5.6 mm diameter can.
              • Construction: GaN on Sapphire substrate, cleaved facets.
              • Voltage: 5 volt operation (??).
              • Threshold current 3.9 kA/cm 2 (No indication of absolute current).
            • Engineering sample price: $2,000 (June, 1999). Yikes! And you can only get the privilege of buying them at this new low price by signing a non-disclosure agreement with Nichia. OK, calm down. In a couple of years, violet laser diodes will be $2.98 at your local Radio Shack. )
            • As of September 1999, Nichia appears ready to actually sell these things in large volume for (hopefully) a reasonable price.

              There is also a 30 mW version in the works or already available (November, 2000). I don’t even want to think about its price. However, its MTTF is quoted by Nichia to be only 500 hours at 25 C. This means half will fail by 500 hours. Ouch. )

              Ironically, it seems that it may be easier to produce reliable violet laser diodes rather than blue or green (despite possible previous reports of demonstrations of blue ones at least). This would be good news for next generation optical storage (beyond DVD) and high resolution laser printers but those wanting highly visible wavelengths (e.g. 555 nm green and full color displays) may have to wait a bit longer. The actual luminous efficiency (relative visibility) at 400 nm is only about 0.28 percent of that at 555 nm. This corresponds to about 0.2 lumen/watt compared to 16 to 20 lumens/watt for a 100 W incandescent light bulb! Nonetheless, this could be the start of something spectacular. )

              However, Nichia is now (March, 2001) selling evaluation samples of a 430 to 445 nm 5 mW laser diode for only $3,000 each — and that bargain price is probably after signing away all rights to your first born in their non-disclosure agreement. ) See: Nichia Laser Diodes Page.

              The availability of cheap, long lived, shorter wavelength (than the 635 to 650 nm types that are now used in better laser pointers and for DVD players and drives) laser diodes could usher in yet another quantum leap in solid state electro-optics technology. (Yes, I know, taken literally, ‘quantum leap’ may not make sense but you get the idea.)

              When economical, these shorter wavelength laser diodes will represent the enabling technology for yet another revolution in the storage capacity of optical drives (at least a factor of two better than even DVD). Compared to the 4.5 GB capacity of one surface, one side of a DVD, a DUD (Digital Ultra Disc/k) drive would hold about 13 GB/surface based on the wavelength difference alone (635/400 squared). The developers of the DVD standard have already (as of Spring, 2002) developed a DUD standard so the World will be ready and waiting when the cost of blue-violet laser diodes drops to a reasonable level. As if we need yet another new standard. )

              Shorter wavelength laser diodes should also find applications in higher resolution laser printers and similar devices. Blue wavelengths (not violet though) would be ideal for underwater communications. With the addition of green laser diodes, compact full color displays and many other products would quickly follow. However, at the current time, only the violet laser diodes at around 400 nm are commercially available — blue and green may still be a few years away (as of January, 2000).

              Blue and green has been widely demonstrated by SHG (second harmonic generation also known as frequency doubling) in nonlinear crystals. This approach is widely used now for lasers of all sizes. However, such technology is quite complex and currently very expensive. For example, a typical low power green (532 nm) device such as found in a *green* laser pointer includes a high power IR laser diode (emitting at around 808 nm) exciting a tiny Nd:YAG chip (which lases at 1,064 nm) coupled to another chip of KTP which doubles its output to 532 nm — plus a whole bunch of needed optics to form a cavity, collimate the beam, and prevent stray IR from escaping, all mounted in precise alignment. No wonder they cost several hundred dollars! A green laser diode would eventually cost no more than the common red ones resulting similarly priced green laser pointers (as if we need more of those!). See the sections: Green (or Other Color) Laser Pointers and Diode Pumped Solid State Lasers.

              The direct emission from a semiconductor has been the Holy Grail for several of laser engineering years. The semiconductor materials available with a sufficiently wide band-gap are notoriously difficult to deposit and cleave. Many companies around the world have been working on this problem but until relatively recently, power output, operating temperature range, and/or laser diode life have been unacceptable. However, in late 1997, there was strong evidence that all this was about to change:

              Nichia Chemical Industries. Tokushima, Japan, has reported passing a major milestone in the development of blue laser diodes with the demonstration of a InGaN/GaN/AlGaN device with an estimated lifetime of more than 10,000 hours under CW operation at 20 C. The announcement was made by Shuji Nakamura of Nichia on October 30, 1997, at the 2nd International Conference on Nitride Semiconductors, held in Tokushima, Japan. Working devices have been demonstrated (even a laser pointer!) and there is reason to believe that they may be commercialized in the near future. The same technology can also produce highly efficient laser diodes of other colors ranging from red through yellow and green.

              For over a year since this news release, there had been various hints that such devices were moving closer to commercial production but until the News Flash, above, in early 1999, no sample devices were available. Now, it would seem that the age of laser diodes of all colors of the spectrum is about to begin. [Hype mode off.]

              In October, 2001, Matsushita has announced a 410 nm laser using what appears to be direct doubling of an 820 nm IR laser diode. However, some of what they claim would appear to be justification for this more complex approach compared to the Nichia laser diode. Supposedly, Matsushita expects the cost to be down in the $10 range with mass production but even if it uses a self doubling crystal, that would be impressive. But, maybe the perceived competition will at least help drive down Nichia’s selling prices!

              The cost of Nichia blue/violet laser diodes is high because of their patent monopoly. They patented the C-axis cut of sapphire crystal wafers that is necessary to grow these diodes on. So far the only other material they grow on is silicon carbide, but it doesn’t match GaN lattice that well making high power impossible, is much harder than sapphire and adds about 3 to 5 V on top of the 4 to 5 V nitride voltage drop basically cooking the poor little diode. -(

              Actual production cost is about 3 to 5 times that for making cheap red diodes. Cutting and polishing sapphire wafers is much harder than gallium arsenide or silicon, Sensitivity to contamination is an order of magnitude higher than for GaALAsP red laser diodes, Scribing and cleaving is also more difficult because of the hardness of sapphire If you look at the diode crystal with a strong magnifier it is cleaved much more jagged then the red ones — the reject rate must be very high. Each chip requires TWO electrical wire bond connections instead of one.

              But still, $2K for a 5 mW diode that has no warranty and requires signing your soul away to own? C’mon!

              The company has also been VERY litigious also, even suing universities experimenting with nitride laser technology for experimentation’s sake as well as the original inventor of the diodes, Shuji Nakamura, for the sole rights!

              . NEWS FLASH. (June 19, 2002) The new DVD format Blu-ray Disc will use blue/violet laser diodes at 405 nm. So, if this becomes THE standard, violet laser diode prices will drop eventually. Since Nichia isn’t part of the consortium that developed this specification, and Matsushita/Panasonic is, it is likely that the intent is to use their frequency doubled semiconductor laser. However, if that were to drive down the cost of the Nichia laser diode enough, switching to that might be an eventual road to cost reduction.

              In fact, as of Spring 2003, for the bargain price of $3800, you can buy a high speed DVD recorder which supports the Blu-ray standard as well as the DVD-R and DVD-RW formats (but not DVD+RW or DVD-RAM). See: News — Violet Laser Recoreder Comes to Market (March 2003).

              There appear to be other companies now selling UV/blue laser diodes that might not be of Nichia origin. One is Sanyo Blue Violet Laser Diodes and Thorlabs lists a couple in their catalog so they are available.

              Now (March 2007, how time flies!), Sony’s PlayStation 3 which includes a Blu-ray drive is now widely available. And, replacements Blu-ray optical deck assemblies can be found on eBay (and elsewhere) at very inexpensively (as these things go). They appear to be genuine but I don’t know of anyone who has actually installed one in a PS3. However, they do have healthy combined IR/red/violet laser diodes which is really what you care about, right? Whether these units are actually distributed by Sony as service parts, fell off a truck or container ship, or found their way to eBay by some other means, is also unknown. ) Search on eBay for KES-400AAA. For many photos and a detailed description and analysis of the laser/optics assembly, extraction and powering of the tri-wavelength laser diode, and much more related to the optical pickup for a PlayStation 3, go to Leslie’s Dissection of a Blu-ray Reader Assembly Page or Sam’s Copy of Leslie’s Dissection of a Blu-ray Reader Assembly Page. The sophistication of the technology and what’s crammed into an itty-bitty space is absolutely amazing.

              The Blu-ray Disc Format White Paper: Key Technologies has some interesting information on technical issues relating to implementation of multi-format optical blocks including the triple wavelength laser diode. There is much information more under Technical at the Blu-ray Disc Association Web site.

              (From: Lynn Strickland (stricks760@earthlink.net).)

              Sanyo has a 50 mW now available in low quantities. Sony does too, but you have to have an inside track to get them (still some patent issues). We can only get them through our office in Japan, and only in small quantities. I’ve heard they have significantly different characteristics, but haven’t seen any data / specifics on them yet.

              A few other companies in the mix also, but no commercial devices available. I think Toyota has one in prototype now.

              Comments on Short Wavelength Laser Diodes

              (From: Michael J. Bergmann (mjb@phy.duke.edu).)

              I’ve been working in the nitrides for a couple of years and it is the case that the lasers lase easiest and best right around 400 nm, from

              395 to 420 nm. Going further either way is tough, but Nichia may be able to do it. Nakamura keeps astonishing us all. They do have amber nitride-based LEDs, which is another amazing accomplishment that no one else has repeated.

              (From: P. Meyer (meyer@lps.u-psud.fr).)

              Nakamura demonstrated a hand-held near-UV LD system some two years ago (if I remember right) at the Strasbourg EMRS meeting. He told, that visible (blue) laser operation was not yet possible (2 years ago — 1997). So, now the announcement of a 400 nm LD is good news — although this seems rather the limit for visible.

              (From: Michael J. Bergmann (mjb@phy.duke.edu).)

              I think most of the reports should be properly labeled violet, not blue. The ones I’ve seen have all been violet. The longest wavelength I’ve seen in the literature were Xerox’s and Cree’s lasers:

              430 nm.

              Nichia started out around 420 to 411 nm under pulsed operation in 1996 and have been getting shorter in wavelength as they have gone CW and long lived. For instance, lifetime and wavelength went as follows:

                30 minutes: 409 nm

              27 hours: 408 nm

              300 hours: 408 nm

              1000 hours: 401 nm

              10000 hours: 397 nm

              Wavelengths of other pulsed lasers:

                Fujitsu: 411 nm

                Cree: 404 to 430 nm

                Sony: 411 nm

                Xerox: 419 to 432 nm

                UCSB: 420 nm

              There are probably many reasons that longer wavelength is more difficult. A few I would suggest are that the active quantum wells are InGaN solid solutions and as the In concentration goes up (longer wavelength) it creates poorer quality wells and interfaces thus reducing radiative efficiency. Also, it turns out that you need some indium in the material to be an efficient emitter so that further into UV is difficult. (GaN alone is not nearly as efficient as an InGaN layer.)

              More Information on Short Wavelength Laser Diodes

              A brief report on this technology may be found in Scientific American, September, 1997, page 36. More information including an on-line slide presentation and description of a comprehensive book on the subject: The Blue Laser Diode — Gallium-Nitride based Light Emitters and Lasers [20], and other publications can be found at Eurotechnology’s Blue Laser Homepage.

              One source for additional technical information on this work is: Present status and future of blue LEDs and LDs, Review of Laser Engineering, vol. 25, no. 12, p. 850-4.

              Xerox Corporation has just announced successful testing of a blue laser diode for use in high performance laser printers, phototypesetters, and similar equipment. Little information is currently available so life, cost, and detailed specifications are unknown.

              For some more technical info about the semiconductor physics of short wavelength laser diodes and other guaranteed cures for insomnia try these links:

              An Ophthalmic Retinal Coagulator Laser System

              Without a doubt, lasers have had a large impact in many areas of medical diagnosis and treatment. Not surprisingly, some of the earliest medical applications of lasers were in disorders of the eye. In particular, the highly collimated and intense beam from a laser is ideal for getting to the otherwise inaccessible area of the retina at the back of the eye.

              All types of lasers have been used for ophthalmic applications including ruby, argon ion, krypton ion, high power diode and green diode pumped solid state (DPSS). In this section, we describe one of the simplest and inexpensive (as these things go) ophthalmic lasers based on high power infra-red laser diodes.

              Description of the DC-3000

              The Nidek DC-3000 is a system that provides up to 2 W of output power via several types of fiber-optic delivery devices for use in treating a variety of retinal eye disorders and is typical of this type of laser. While the DC-3000 dates from the early 1990s, the DC-3300, which is the modern version, has virtually identical specifications (but a spiffier front panel!). More information including detailed specifications may be found on the Nidek Web site. Similar ophthalmic lasers are manufactured by other companies.

              The overall system consists of the laser itself with a user friendly control panel, and the delivery devices. There is also a detector unit for checking power output.

              The laser/optics consists of a pair of SDL (probably SDL-237X)

              800 nm laser diodes with beam shaping and collimating optics feeding a polarizing beam splitter used as a beam combiner. Both diodes are oriented the same way so one of them has a half wave plate in its beam path to rotate the polarization by 90 degrees. I assume two diodes were used either because a single high power diode would have had too large a stripe width to be easily coupled into the fiber, or because a suitable single high power diode wasn’t available at the time. It appears as though both diodes are used at all power levels.

              The collimated combined beam passes a photodiode power monitor beam sampler and a dichroic mirror to combine it with the aiming beam from a red HeNe laser. The beam sampler must also check for back reflections because the laser produces an error and shuts down if the output alignment is highly incorrect.

              The beam is then focused via an anamorphic lens into a fiberoptic cable of the delivery device. For the ENDO probes, the fiber core diameter is 400 um and virtually 100 percent of the power in the collimated beam makes it into the fiber. However, for the other delivery devices, the fiber core may be only 180 um, in which case there is some loss, perhaps on the order of 25 percent. This is one of the reasons the specifications call for only 1,500 mW except with the ENDO probes.

              Sam’s Laser FAQ, Copyright Samuel M. Goldwasser, All Rights Reserved.

              Автомагнитола LG TCH-M550

              Интернет-магазин

              Цена, руб.

              Автомагнитола LG TCH-M550 не представлен в магазинах нашего Каталога товаров и сервиса сравнения цен AVA.

              Описание для LG TCH-M550

              Автомобильная магнитола, максимальная выходная мощность 4 Вт, поддержка Audio CD, CD-RW, CD-R, воспроизводит записи в формате MP3, Инфракрасный пульт

              Дополнительная информация

              Где купили? В каком магазине?

              Ваше имя или ник ( от 5 до 30 символов )

              Вы находитесь на персональной странице товара LG TCH-M550. Основные характеристики ЛЖ TCH-M550: максимальная выходная мощность, вт на какое количество cd рассчитан проигрыватель cd проигрыватель md передняя панель формат воспроизведения прочтите отзывы о Лджи TCH-M550, в которых не только перечислены преимущества и недостатки Лджи tch m550, но также есть советы по использованию и полезная информация.

              Если Вы не решили, где купить LG TCH-M550, то на нашем сайте Вы можете сравнить цены на LG tch m550 в интернет магазинах в Украине или в конкретном городе: Харьков, Львів, Одесса, Донецк, Днепропетровск, Житомир, Луганск, Киев и другие. Также на сайте AVA Вы можете найти более подробную информацию о магазинах, которая поможет Вам не только купить LG тцх м550 дешевле, но и на более выгодных и удобных для Вас условиях – например, купить в кредит, купить в рассрочку, купить с доставкой. Выбирая интернет-магазин Автомагнитол учитывайте, что многие магазины используют различные службы доставки: Автолюкс, Гюнсел, Ночной Экспресс, Новая почта, Интайм, Евроэкспресс, САТ, Деливери, Нова пошта, Нічний Експрес, Інтайм. Поэтому Вы можете купить ЛГ TCH-M550 в Киеве или другом городе в Украине.

              Если Вы хотите купить Лджи тцх м 550 по низкой цене, предлагаем просмотреть объявления на AVA, где Вы сможете выбрать и купить бу Автомагнитолу LG тсн м 550 дешево. Если Вы сами хотели бы продать Автомагнитолу LG тцх м 550 – тогда предлагаем Вам добавить объявление и таким образом найти покупателей.

              Описание LG TCH M550

              Общие характеристики

            • Состав: усилитель, эквалайзер, CD, тюнер, MP3-проигрыватель
            • Число линейных входов/выходов: Число линейных входов/выходов
            • Дисплей: многоцветный, регулировка яркости тип интерфейса: CD, нестандартный
            • Размер: 180x50x160 мм

              Конструкция

            • Съёмная панель:
            • Усилитель:

              Тюнер

            • Тюнер. цифровой, с режимом RDS ; Диапазоны: УКВ, FM, СВ, ДВ
            • Число фиксированных настроек тюнера: 24

              Автомагнитола LG TCH-M550

              Товар недоступен

              (временно отсутствует у поставщика

              или снят с производства)

              Характеристики

              • Черный цвет
              • Выходная мощность 4х50 Вт
              • Съемная откидная панель
              • Предустановленные характеристики эквалайзера
              • CD-TEXT
              • Разъем ISO
              • Оставить отзыв о товаре

                Оставить отзыв о товаре

                Опишите, чем вам понравился товар или, наоборот, с какими проблемами вы столкнулись при использовании данного товара.

                • слишком краткие и малоинформативные отзывы
                • отзывы, написанные ПРОПИСНЫМИ буквами
                • отзывы, содержащие ненормативную лексику
                • отзывы, не относящиеся к потребительским свойствам конкретного товара
                • отзывы, содержащие ссылки на другие сайты
                • отзывы о товарах, в которых упоминаются конкретные магазины

                Нажмите, чтобы оценить Вы не поставили оценку

                Достоинства Укажите достоинства

                Инструкция lg tch m550

                И как ее угораздило назвать именно такой цвет. Воспользовавшись его беспомощным положением, я отскочила назад и подобрала с пола пистолет. Подождите там. Так, впрочем, и действуют все гениально одаренные люди. Вы похожи на врача, который должен знать все симптомы, чтобы поставить диагноз. Веди с детства знают дороги туда. Такого с Беном давненько не случалось.

                Видео инструкция по использованию:

                CD автомагнитола LG TCH-550

                CD-MP3 проигрыватель LG TCH-550

              • Съемная передняя панель
              • LCD дисплей
              • Управление следующими функциями_Vol./Bass/Treble/Bal./Fad
              • 6 клавиш предустановки
              • Подсветка кнопок и дисплея
              • Цифровой тюнер с памятью на 24 станции
              • XDSS
              • Анти-шок(10 секунд)

                ОБЩИЕ

              • Фронтальная панель[Съёмная]
              • Дисплей_CLOOR DOT MATRIX
              • Крепление_ISO
              • Подсветка (кнопка)_2 COLOR
              • Контроль CD Changerа_OPTION
              • Часы
              • Подключение питания_ISO

                АУДИО

              • Функции[Mde/выбор]_ELECTRONIC
              • Функции[Громкость+/-]_ENCODED
              • Функции[Treble,Bass]_ELECTRONIC
              • Функции[Баланс]_ELECTRONIC
              • Функции[Микшер]_ELECTRONIC
              • Регулировка Громкости_ENCODER
              • Эквалайзер (фиксир. настройки)_ROCK,POP,CLASSIC
              • Уровни Dancing
              • Без звука (mute)
              • XDSS/ XDSS+

                РАДИО

              • Tuninig type_PLL
              • Волны Поиск +/-

                CD

              • CD-R
              • CD-RW
              • Анти-Шок_Anti Vibration Mecha.
              • Пропустить/Поиск
              • Проигрывание/Пауза
              • Повтор
              • Вводное сканирование (10sec)
              • Случайно
              • Папка вверх + / вниз
                • Группа: Участники
                • Сообщений: 55
                • На форуме с: 15 янв 2010
                • Рейтинг: 0
                • Репутация: 10
                • Отправлено 27 фев 2010 13:05

                  дисковая?какого года?причина продажи?

                  Схемы импортных автомагнитол

                  Схемы и сервис мануал автомагнитолы LG

                  Сервис мануал автомагнитола LAC-M0510R

                  Схема автомагнитолы LG LAC-M1500, M2500

                  Service Manual автомагнитола LG LAC-M1501

                  Сервис мануал автомагнитола LG LAC-M4510

                  Схема автомагнитолы LG LAC-M8410R

                  Электрическая схема автомагнитолы LG LAC-UA270R

                  Сервисные руководство автомагнитола LG LAD-4600R

                  Схема автомагнитола LG 670

                  Схема автомагнитола LG 672

                  Схема автомагнитола LG TCC-2010

                  Схема автомагнитола LG TCC-2510

                  Service Manual и схема TCC-2610

                  Service Manual и схема TCC-330X

                  Service Manual и схема TCC-5650

                  Схема автомагнитолы LG TCC-570

                  Схема автомагнитола LG TCC-572

                  Принципиальные электрические схемы автомагнитолы LG TCC-5610, 5620, 5630, 5650

                  Электрическая схема автомагнитолы LG TCC-5710, 5720

                  Сервис мануал и электрическая схема TCC-573

                  Схема автомагнитола LG TCC-583

                  Сервисные руководство, схемы автомагнитола LG TCC-6220

                  Service Manual и схема автомагнитолы LG TCC-6230

                  Сервис мануал и схема автомагнитолы LG TCC-6310

                  Сервисные руководство, схемы автомагнитола LG TCC-6410, TCC-6430, TCC-6510

                  Схема автомагнитолы LG TCC-8010

                  Service Manual и схема автомагнитолы TCC-8020

                  Service Manual и схема TCC-8210

                  Service Manual и схема TCC-8220

                  Сервисные руководство, схемы автомагнитола TCC-8310

                  Service Manual и схема автомагнитолы LG TCC-9010

                  Service Manual и схема автомагнитолы TCC-9020

                  Схема автомагнитолы LG TCC-9210

                  Схема автомагнитолы LG TCC-9310

                  Схема автомагнитолы LG TCC-9410

                  Схема автомагнитолы LG TCC-9420

                  Сервис мануал автомагнитола LG TCC-9510

                  Схема автомагнитолы LG TCC-9610

                  Принципиальные электрические схемы автомагнитолы LG TCCH-100

                  Сервис мануал и схема TCH-1000, TCH-M1000

                  Service Manual и схема LG STEREO CAR CD

                  RECEIVER TCH-500

                  Электрическая схема автомагнитолы LG TCH 600

                  TROUBLESHOOTING GUIDE, Схема автомагнитолы LG TCH-70

                  Сервисные руководство, схемы автомагнитола LG TCH-700

                  Service Manual и схема автомагнитолы LG TCH-710

                  Сервис мануал и схема автомагнитола LG TCH-800

                  Сервис мануал и электрическая схема TCH-900/R, TCH-M900/R

                  Service Manual и схема, electrical troubleshooting guide TCH-M540, TCH-M541, TCH-M542

                  Сервис мануал, электрическая схема, Руководство по устранению электрических неисправностей автомагнитолы LG TCH-M550

                  Сервис мануал, электрическая схема, Руководство по устранению электрических неисправностей автомагнитола LG TCH-M800

                  Service Manual автомагнитола LG TCH-M900

                  Схема автомагнитолы LG TCH-M902

                  Уважаемые посетители!

                  Мы предлагаем вам заказать инструкцию к LG TCH-M550

                  Информация из базы данных по этой инстукции

                  Язык описания: русский

                  Название: LG TCH-M550

                  Бренд или раздел: LG

                  Описание: . C CD

                  Размер инструкции (Кб): 511

                  В каком формате вы её получите? PDF !

                  Для оплаты инструкции перешлите на WebMoney кошелёк (R045268867989) 150 WMR (рубли) или 7 WMZ (доллары) на кошелёк (Z484629217426). Обязательно сообщите нам когда платёж за инструкцию будет произведен на какой адрес выслать инструкцию.

                  Если вы больше предпочитаете пользоваться Яндекс.Деньги, то необходимо перечислить 150 руболей на счет 4100153079635. Подпишите что вы хотите получить именно LG TCH-M550. Не забудьте указать ваш обратный адрес электронной почты и отправить нам уведомление об оплате на нашу контактную почту (она указана внизу страницы)!

                  В случае оплаты по безналу, пишите на контактный email то, что вы хотите заказать. При оплате по безналу нужно перевести 200 рублей. Мы выставим счет, который легко оплатить в любом банке. ПОСЛЕ того, как деньги поступят на наш счёт, мы вышлем инструкцию на нужный адрес.

                  Помните, что обсудить качество LG TCH-M550 можно в Форумах Качества

                  Посмотреть рейтинг бренда LG можно в Рейтингах брендов

                  Автомагнитола lg tch-m553 подробная инструкция по применению

                  Скачать Автомагнитола lg tch-m553 подробная инструкция по применению

                  Информация о файле:

                  Дата: 7.11.2012

                  Lascia un Commento Annulla risposta

                  Сертификат соответствия: РОСС.JP.ME96.H00285

                  Организация памяти: 32 канала

                  Шаг частот (подстройки): 12.5 / 25 кГц

                  Шаг настройки синтезатора: 2.5 / 5 / 6.25 кГц

                  Стабильность частоты: ±1.5 ppm

                  Передатчик

                  Выходная мощность: 10 / 25 / 50 Вт

                  Приемник

                  Тип: супергетеродин с двойным преобразованием

                  Чувствительность: не менее 0.30 мкВ при 12 дБ SINAD

                  Чувствительность шумоподавителя: 0.4 мкВ

                  Избирательность по соседнему каналу: 25кГц/12.5кГц — 84дБ/77дБ

                  Интермодуляционная избирательность: 82 дБ (полоса 25 кГц), 80 дБ (полоса 12.5 кГц)

                  Избирательность по побочным (зеркальным) каналам: 90 дБ

                  Подавление побочных излучений: 90 дБ

                  Фон и шумы: 50 дБ (полоса 25 кГц), 45 дБ (полоса 12.5 кГц)

                  Сопротивление НЧ-выхода: 4 Ом

                  Выходная мощность НЧ (звука): 4 Вт (при КНИ 3%)

                  2. Функции, возможности, управление и т.п.

                  CTCSS/DCS кодер/декодер, включая инверсионный CTCSS с программируемой длительностью тона

                  Есть сканирование каналов; сканирование с приоритетным каналом

                  Может управляться двухтоновыми командами

                  Есть CW-идентификатор и функция автоматической отправки CW-сообщений

                  Программируется 5-шаговая последовательность команд для различных ситуаций (например, на случай отключения основного источника питания: переход на пониженную мощность, отправка CW-сообщения и т.п.)

                  Есть память для любых текстовых сообщений (например, информации о последнем техническом обслуживании и т.п.)

                  Есть аудиокомпандер (сжатие звукового канала, используется в некоторых системах связи)

                  Могут быть установлены модули инверсионного маскиратора речи (+ DTMF-пейджинга) и роллинг-скремблера

                  Может быть подключен резервный источник питания (в т.ч. установлен аккумулятор в корпус). При отключении основного источника питания автоматически происходит переход на резервный, в эфир подается предупредительное CW-сообщение.

                  Имеется выход DSUB 25-pin для подключения внешнего контроллера и т.п.

                  Коаксиальный выход на реле для работы с одной антенной; аттенюатор передачи

                  Вентилятор охлаждения оснащен датчиком неисправности (для подачи в эфир предупредительного CW-сообщения)

                  На передней панели 6 программируемых клавиш

                  Упс, вот полный список отличий 3.4 от 3.3, кое что я не упомянул в предыдущем сообщении:

                  New Features:

                  — Tracks can be transferred in ATRAC 192kbps to a Hi-MD device.

                  — Tracks recorded with a Hi-MD device with the digital/analogue inputs or microphone input can be uploaded to SonicStage and saved in WAV (PCM) format. (e.g. burn a Hi-MD disc, send to a friend and they can upload all contents to their computer without DRM woes; record via optical, no BS upload restriciton!)

                  Тоже немаловажно следующее.

                  — Song lyrics can be displayed when clicking the Lyrics button (only if the lyrics are encoded with the track).

                Добавить комментарий

                Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *