CN1751420A - 激光振荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明的激光振荡器，具有：聚光器单元块，其具有收容激光介质的通孔，设置用于向该通孔导入来自于激励光源模块的激励光的开口；端板，其固定于该聚光器单元块的端部，形成使冷却水导入上述聚光器单元块及上述激励光源模块的冷却水路；流管，其由该端板固定及密封，形成对上述激光介质的冷却水路；以及激励光源模块，其与上述端板的激励光源模块侧冷却水路连通，形成冷却激励光源的冷却水路。

Description

激光振荡器
技术领域
本发明涉及使用激光二极管(以下称为LD)作为激励光源的LD激励固体激光装置，以及该装置中使用的聚光器模块。
背景技术
在现有的LD激励固体激光装置中，将用于使激励光封闭在固体激光介质附近的聚光器，以及用于使固体激光介质水冷的流管，直接固定在支撑激励部的侧板上。
此外，LD和固体激光介质的冷却系统互相独立，只有固体激光介质的冷却水通过侧板进行给排水(参照专利文献1)。
专利文献1：特开2000-277837号公报(图4)
在现有的LD激励固体激光装置中，由于是将用于使激励光封闭在固体激光介质附近的聚光器，以及用于使固体激光介质水冷的流管，直接固定在支撑激励部的侧板上的结构，所以存在难以高精度且简单地组装激励部的问题。
此外，作为激励光源的LD和冷却固体激光介质的冷却水的配管系统互相独立，对固体激光介质的冷却水通过支撑激励部的侧板进行给排水，与之相对，对LD的冷却必须另外设置配管，进行冷却水的给排水。因此，现有的LD激励固体激光装置必须有多个对应于冷却系统的配管部件，存在部件个数和组装工时数增加的问题。
此外，用于供给冷却水的配管部成为漏水的原因，存在导致LD激励固体激光装置的可靠性下降的问题。
发明内容
本发明是为了解决这样的问题点而进行的发明，其目的在于，得到组装容易，不需要用于向LD模块供给冷却水的配管的聚光器模块，以及使用该聚光器模块的LD激励固体激光装置。
为了实现该目的，根据第1技术方案，本发明的激光振荡器具有：聚光器单元块，其具有收容激光介质的通孔，设置用于向该通孔导入来自于激励光源模块的激励光的开口；端板，其固定于该聚光器单元块的端部，形成使冷却水导入上述聚光器单元块及上述激励光源模块的冷却水路；流管，其由该端板固定及密封，形成对上述激光介质的冷却水路；以及激励光源模块，其与上述端板的激励光源模块侧冷却水路连通，形成冷却激励光源的冷却水路。
此外，激励光源模块通过固定部件固定于端板上。
并且，向聚光器单元块的冷却水的供给，是从端板前表面向流管内供给的，向激励光源模块的冷却水的供给，是从端板前表面向端板侧表面分流而供给的。
此外，在端板上设置向聚光器单元块内部流入的冷却水供给口，通过来自于端板的冷却水冷却上述聚光器单元块。
此外，本发明的激光振荡器具有：聚光器单元块，其具有收容激光介质的通孔，设置用于向该通孔导入来自于激励光源模块的激励光的开口；给水板，其固定于该聚光器单元块的一端，形成使冷却水导入上述聚光器单元块及上述激励光源模块中的冷却水道；排水板，其固定于上述聚光器单元块的另一端，形成使冷却上述聚光器单元块和上述激励光源模块的冷却水排放的排水路；流管，其由该给水板和排水板固定及密封，形成对上述固体激光介质的冷却水路；激励光源模块，其与上述给水板和排水板的激励光源模块侧水路连通，形成冷却激励光源的冷却水路；侧板，其固定上述聚光器单元块的端部，并且分别设置冷却水的给水接头及排水接头；以及固体激光介质固定装置，其固定上述固体激光介质的两端部，并且将供给、排出的冷却水的流路密封在与上述侧板围成的空间中。
此外，侧板与给水板或排水板形成一个整体，通过一个固定部件固定固体激光介质固定装置、侧板及聚光器单元块。
此外，聚光器单元块使用作为漫反射材料的陶瓷。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1中的聚光器模块的立体图。
图2是表示本发明的实施方式1中的聚光器单元块详细结构的立体图。
图3是表示相对于本发明的实施方式1中的聚光器模块，固定作为激励光源的LD模块的方法的立体图。
图4是表示使用了本发明的实施方式1中的聚光器模块及LD模块的LD激励固体激光装置的结构的剖面示意图。
图5是表示本发明的实施方式2中的LD激励固体激光装置的结构的剖面示意图。
图6是表示本发明的实施方式3中的LD激励固体激光装置的结构的剖面示意图。是表示使用了本发明的单元装置及设定装置的单元信息设定系统的整体结构图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1中的聚光器模块的立体图。
在图1中，具有四角柱形状的聚光器单元块1通过由陶瓷构成的漫反射材料构成。并且，在聚光器单元块1的4个侧表面设置狭缝状的开102。
在固定于聚光器单元块1的一个端部的给水板2上，在正面中央部分设置棒给水口201及LD给水口202，在侧表面设置LD冷却水流出口203，在给水板2内部，以LD给水202和LD冷却水流出口203导通的方式形成流路。
此外，在给水板2上形成：用于固定作为激励光源的LD模块的LD固定用螺纹孔204、用于将聚光器单元块1固定在给水板2上的聚光器固定用孔205、以及用于与给排水侧板连接的侧板固定用孔206。
3是固定于聚光器单元块1的另一端部上的具有与给水板2对称的形状及结构的排水板，形成：与给水板2的棒给水口201对应的棒排水301、与LD给水202对应的LD排水302、设置于排水板3的侧表面的LD冷却水流入口303、设置于排水板3上的LD固定用螺纹孔304、以及聚光器固定用孔305。
图2是表示在图1中所示的聚光器模块中使用的聚光器单元块1的详细结构的立体图。
在图2中，101是贯穿聚光器单元块1的中央的通孔，设置于聚光器单元块1的侧表面的狭缝状开102以直至通孔101的方式形成。
103是设置于聚光器单元块的一个端部上的用于固定给水板2的给水板固定用螺纹孔，在聚光器单元块1的另一个端部上，设置固定排水板3的排水板固定用螺纹孔，分别对应于聚光器固定用孔205、305。
4是配置于聚光器单元块1的通孔101中的流管，对应于作为激励光源使用的LD的波长，由透明的材料构成，在本实施方式中，使用石英作为流管4的材料。
此外流管4的两端部通过给水板2及排水板3密封及固定。
图3是表示相对于图1所示的聚光器模块，固定作为激励光源的LD模块的方法的立体图。
在图3中，作为激励光源的LD模块5，是将多个(在本实施方式中为6个)与作为发光部主体的LD棒接合的LD组件501，并排固定于水冷散热装置上而成的。
LD模块5的水冷散热装置由岐管(manifold)502供给冷却水。
此外，在岐管502上形成用于使LD模块5相对聚光器模块1固定的LD固定用孔503，使用LD固定用螺栓507紧固于给水板2的LD固定用螺纹孔204、排水板3的LD固定用螺纹孔304上。
此时，LD模块5的发光部与聚光器单元块1的狭缝状的开102被设定于相对的位置上，由LD模块5产生的激励光穿过狭缝状的开口102，直至图2所示的聚光器单元块1的通孔101中。
此外在LD模块5的岐管502中，设置冷却水的流路，从给水板2的LD冷却水流出口203经过岐管中的流路，向LD组件501的水冷散热装置供给冷却水。
而冷却LD组件501后的冷却水经过岐管中的流路，向排水板3的LD冷却水流入口303排出。
此外在图3中，表示了仅在聚光器模块的一个侧面固定LD模块5的方法，但对其余的3个侧面也通过相同的方法固定LD模块5。
图4是表示使用在图1至图3中所示的聚光器模块及LD模块的、激励固体激光介质的LD激励固体激光装置的结构的剖面示意图。
在本实施方式中，作为棒型的固体激光介质6，使用掺杂了作为活性介质的Nd(钕)的YAG(钇·铝石榴石)晶体。
密封冷却水的棒固定装置7固定固体激光介质6的两端部。
给水侧板8支撑聚光器模块的一个端部，同时被设置成用于向聚光器模块供给冷却水，在其内部，设置供给冷却水的给水用流路801，在给水侧板8侧表面的给水流路入口，设置给水用接头802。
排水侧板9支撑聚光器模块的另一端部，同时被设置成用于排放冷却水，在其内部，设置用于排放冷却水的排水用流路901，在排水侧板9侧表面的排水流路出口，设置排水用接头902。
此外用虚线表示的504是示意表示设置于同样用虚线表示的LD组件501中的冷却水流路。
在岐管502中设置冷却水给水流路505、冷却水排水流路506。
在图4中，为了进行说明，用箭头表示LD激励固体激光装置中的冷却水的流动。
由给水侧板8的给水用接头802供给的冷却水，经过给水流路801，到达聚光器模块端部即给水板2。
到达了给水板2的冷却水，分别被分配给棒给水口201和LD给水口202。
向棒给水口201流入的冷却水，经过固体激光介质6外侧面与流管4之间的间隙，冷却固体激光介质6，并到达聚光器模块的另一端部即排水板3，由棒排水口301向聚光器模块外部排出。
另一方面，向LD给水口流入的冷却水，由LD冷却水流出口203供给设置于LD模块5的岐管502中的冷却水给水流路505中。
冷却水给水流路505中的冷却水，经过LD组件501的散热装置中的冷却水流路504，向冷却水排水流路506排出。在这里，在冷却水通过冷却水流路504时，LD组件501被有效地冷却。
然后，向冷却水排水流路506排出的冷却水，流入设置于聚光器模块的排水板3上的冷却水流入口303，由排水板3的LD排水口302向聚光器模块外部排出。
冷却LD模块5及固体激光介质6，然后向聚光器模块外部排出的冷却水，经过排水侧板9的排水用流路901，由排水用接头902向LD激励固体激光装置外部排出。
此外由LD模块5产生的激励光，通过设置于聚光器单元块1侧表面的狭缝状的开口102，到达聚光器单元块1的通孔101中，并且穿过流管4、冷却水而激励固体激光介质6。
在被激励的固体激光介质6内部，形成对应于激光能级的粒子数反转，通过在固体激光介质6的前后配置由全反射镜和部分反射镜组成的光谐振器，可以引出由被激励的固体激光介质6产生的激光。
此外，由LD模块5产生的激励光，由于被有效地封闭在聚光器单元块1的通孔101中，所以其大部分被固体激光介质6吸收，从而可以高效地激励固体激光介质6。
在本实施方式中，因为对聚光器单元块1的材料使用是漫反射材料的陶瓷，所以可以均匀地激励固体激光介质6，容易高效地产生聚光性优良的激光。
在本实施方式所示的聚光器模块中，在聚光器单元块1的侧表面，设置用于向聚光器单元块的通孔101中导入激励光的狭缝状的开口102，并且在聚光器单元块1的两端部配置给水板2及排水板3，在给水板2及排水板3的侧表面设置用于固定LD模块5的部件，所以可以使作为激励光源的LD模块5的发光部，简单且高精度地相对于聚光器单元块1的狭缝状的开口012而设置，高效地将激励光导入聚光器单元块1的通孔101中，并且进而可以高效并均匀地激励固体激光介质6，稳定地产生聚光性优良的激光。
此外，由于在给水板2和排水板3的前表面设置LD给水口202和LD排水口302，在给水板2的侧表面设置与LD给水口连通的LD冷却水流出口203，在排水板3的侧表面设置与LD排水口302连通的LD冷却水流出口303，所以成为利用LD冷却水流出口203和LD冷却水流出口303，直接将冷却水向LD模块5的岐管502进行给排水的结构，因而可以通过简单的结构对LD模块进行冷却水的给排水。
此外由于对LD模块的冷却水的给排水无需设置特别的配管等，所以可以减少LD激励固体激光装置的部件个数、组装工时数，降低制造成本，并且由于不需要向LD模块5供给冷却水的配管等，所以还可以提高冷却水漏水方面的可靠性。
并且，由于降低了对LD模块供给冷却水时的水道的压力损失，所以可以放宽对供给冷却水的泵的要求性能，实现冷却水供给装置的小型化，降低制造成本。
此外，如果通过内部有给水用流路801的给水侧板8支撑聚光器模块的一个端部，通过内部有排水用流路901的排水侧板9支撑聚光器模块的另一个端部，并使用棒固定装置7，使固体激光介质6相对于给水侧板8和排水侧板9固定并密封，从而构成LD激励固体激光装置，则因为当通过给水侧板8的给水用流路801和排水侧板9的排水流路901，进行对固体激光介质6及LD模块5的冷却水的给排水时，可以不将由外部对LD激励固体激光装置供给的冷却水系统分成对应固体激光介质6和LD模块的两部分，而通过1个系统对二者进行冷却水的给排水，所以使用该LD激励固体激光装置的激光系统的冷却结构变得简单，可以降低制造成本，提高可靠性。
此外，不用说，对固体激光介质6及LD模块5的冷却水流量，可以由给水板2、设置于排水板3上的棒给水口201及棒排水口301、LD给水口202及LD排水口302、LD模块5的岐管502中的冷却水给水流路505及排水流路506等与冷却水的给排水相关的流路的剖面面积，调整、分配为所希望的流量。
实施方式2.
图5是表示本发明的实施方式2中的LD激励固体激光装置的结构的剖面示意图。
本实施方式中的聚光器模块及LD激励固体激光装置除了具有与图4所示的实施方式1的LD激励固体激光装置相同的结构之外，在给水板2上设置聚光器单元块给水口205，在排水板3上设置聚光器单元块排水口306，此外在聚光器单元块1中，在与给水板2的聚光器单元块给水口205和排水板3的聚光器单元块排水口306吻合的位置上，设置由通孔构成的聚光器冷却水流路104。
在本实施方式中，在经过给水板2和排水板3，冷却固体激光介质6、LD模块5的同时，对聚光器单元块1也进行冷却水的给排水，从而进行聚光器单元块1的水冷。
在本实施方式中的聚光器模块中，不仅可以得到与实施方式1的聚光器模块相同的效果，而且因为可以使聚光器单元块1水冷，所以可以有效地抑制因吸收激励光引起的聚光器单元块1的发热，并且可以抑制聚光器单元块的热变形，从而总是稳定地进行固体激光介质的激励。
此外，由于可以有效地抑制聚光器单元块1的发热，所以可以抑制热变形，防止聚光器单元块1的通孔101内表面的反射率降低，总是保持高的封闭激励光的效果，高效地激励固体激光介质6，因而可以提高LD激励固体激光装置的可靠性。
此外由于对聚光器单元块1的冷却水也通过给水板2和排水板3进行给排水，所以对聚光器单元块1的水冷不必另外设置配管等，可以提高漏水方面的可靠性，并且可以减少部件个数、组装工时数，降低制造成本。
实施方式3.
图6是表示本发明的实施方式3中的LD激励固体激光装置的结构的剖面示意图。
在本实施方式中，是给水板2兼作为给水侧板8，排水板3兼作为排水侧板9的结构。
关于其结构，与实施方式2相同。
如本实施方式所示，如果是给水板2兼作为给水侧板8，排水板3兼作为排水侧板9的结构，则不仅可以得到与前述实施方式2相同的效果，而且可以进一步减少部件个数、组装工时数，降低制造成本。
另外，因为提高固体激光介质6相对于聚光器模块的设置精度，并且消除给水板2相对于给水侧板8的固定部、排水板3相对于排水侧板9的固定部的漏水风险，所以可以进一步提高LD激励固体激光装置的可靠性。
此外在上述实施方式中，表示了使用四角柱形状的聚光器单元块1，在聚光器单元块1的4个侧面配置LD模块5，激励固体激光介质6的结构，但聚光器单元块的形状、LD模块的数量并不限定于此，例如，如果在使用8个LD模块的情况下，使用8角柱形状的聚光器单元块，相对于聚光器单元块的8个侧面设置LD模块，则可以得到与上述实施方式相同的效果，并且，可以高密度地激励固体激光介质，更高效地引出激光，并且可以保持简单且紧凑的结构，同时有效地实现高输出化。
此外如果使用奇数个的LD模块及奇数角柱形状的聚光器单元块，则可以通过聚光器单元块，回避来自于相对配置的LD模块的照射光，提高LD模块的可靠性。
此外在上述实施方式中，表示了使用棒型的YAG晶体作为固体激光介质的结构，但固体激光介质的种类、形状并不限定于此，例如使用板型的固体激光介质，当然也可以得到相同的效果。
此外，在上述实施方式中，表示了在聚光器单元块的中央具有圆筒状的通孔的结构，但只要可以有效地封闭激励光，则形状并不限定于此。
工业实用性
如上所述，本发明适合在使用激光二极管作为激励光源的LD激励固体激光装置所使用的激光振荡器中使用。

Claims (7)

1.一种激光振荡器，具有：
聚光器单元块，其具有收容激光介质的通孔，设置用于向该通孔导入来自于激励光源模块的激励光的开口；
端板，其固定于该聚光器单元块的端部，形成使冷却水导入上述聚光器单元块及上述激励光源模块的冷却水路；
流管，其由该端板固定及密封，形成对上述激光介质的冷却水路；以及
激励光源模块，其与上述端板的激励光源模块侧冷却水路连通，形成冷却激励光源的冷却水路。
2.如权利要求1所述的激光振荡器，其特征在于，
激励光源模块通过固定部件固定于端板上。
3.如权利要求2所述的激光振荡器，其特征在于，
向聚光器单元块的冷却水的供给，是从端板前表面向流管内供给的，向激励光源模块的冷却水的供给，是从端板前表面向端板侧表面分流后供给的。
4.如权利要求1至3任意一项所述的激光振荡器，其特征在于，
在端板上设置向聚光器单元块内部流入的冷却水供给口，通过来自于端板的冷却水冷却上述聚光器单元块。
5.一种激光振荡器，具有：
聚光器单元块，其具有收容激光介质的通孔，设置用于向该通孔导入来自于激励光源模块的激励光的开口；
给水板，其固定于该聚光器单元块的一端，形成使冷却水导入上述聚光器单元块及上述激励光源模块中的冷却水道；
排水板，其固定于上述聚光器单元块的另一端，形成使冷却上述聚光器单元块和上述激励光源模块的冷却水排放的排水路；
流管，其由该给水板和排水板固定及密封，形成对上述固体激光介质的冷却水路；
激励光源模块，其与上述给水板和排水板的激励光源模块侧水路连通，形成冷却激励光源的冷却水路；
侧板，其固定上述聚光器单元块的端部，并且分别设置冷却水的给水接头及排水接头；以及
固体激光介质固定装置，其固定上述固体激光介质的两端部，并且将供给、排出的冷却水的流路密封在与上述侧板围成的空间中。
6.如权利要求5所述的激光振荡器，其特征在于，
侧板与给水板或排水板形成一个整体，通过一个固定部件固定固体激光介质固定装置、侧板、聚光器单元块。
7.如权利要求1至6任意一项所述的激光振荡器，其特征在于，
聚光器单元块使用作为漫反射材料的陶瓷。
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