DE10108557A1 - Halbleiterlaser-Kühlvorrichtung - Google Patents

Abstract

Ein blockförmiger Radiator 2, der aus Radiatorelementen 2a bis 2f, von denen jedes aus einem Metall von hoher Leitfähigkeit hergestellt ist, zusammen mit Laserdioden (LDs) 101a bis 101f besteht, weist eine darin ausgebildete Kühlstrecke auf, durch die eine Kühlflüssigkeit fließt. Die Kühlstrecke 4 weist Vorsprünge auf, die durch Ringelemente 6a bis 6f gebildet werden, um die Kühlflüssigkeit zu verwirbeln, wodurch die Wärmeleitfähigkeit von der Wand der Kühlstrecke 4 in die Kühlflüssigkeit zunimmt und sich die Temperatur der LDs 101a bis 101f verringert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterlaser- Kühlvorrichtung und insbesondere eine Halbleiterlaser-Kühl­ vorrichtung zum Kühlen einer Anzahl von Erregungslichtquel­ len (Halbleiterlaser), die um ein Lasermedium herum ange­ ordnet sind, und zum Steuern der Schwingungswellenlänge der Erregungslichtquellen.

In letzter Zeit sind große Fortschritte erzielt worden in der Technik der Halbleiterlaser (Laserdioden, im folgenden mit LD angegeben)die einen hohen Nutzeffekt der Anregungs­ absorption und die Fähigkeit, aus einem kleinen Kristallvo­ lumen eine hohe Leistung zu erzeugen, aufweisen. Festkör­ perlaser-Erregungslichtquellen mittels Lampenanregung wer­ den jetzt durch LD-Anregung ersetzt. Auf dem Gebiet des Schneidens, Schweißens und für eine andere mechanische Be­ arbeitung von metallischen Werkstoffen ist jetzt eine wei­ tere höhere LD-Leistung erwünscht.

Wenn die Leistung von LDs erhöht wird, entsteht daraus die Notwendigkeit, einen Kühlmechanismus zum Kühlen derselben vorzusehen.

Wird zum Beispiel für eine hohe Leistung eine Anzahl von LD-Erregungslichtquellen in einer hohen Dichte angeordnet, so wird eine enorme Wärme erzeugt, und es ist ein Kühlme­ chanismus erforderlich, um die Temperatur zu reduzieren und die Nutzungsdauer von LDs zu erhöhen.

Ferner bietet sich ein Kühlmechanismus zur Temperatursteue­ rung der LDs, um einen Unterschied im Absorptionsspektrum zwischen der Schwingungswellenlänge des LD-Lasers und dem in Schwingungen versetzten YAG-Kristall (Yttrium-Aluminium- Granat) oder einem anderen Lasermedium zu verhindern, wo­ durch eine Verminderung der Leistungsfähigkeit der Laser­ schwingungen verhindert wird.

Da etwa 60% der LD-Leistung Wärme wird, überschreitet die Wärmemenge zum Beispiel bei der Anordnung einer Anzahl von LDs mit einer hohen Dichte mehrere Hundert Watt, die nicht durch eine übliche Kühleinheit wie einen Druckluftkühler abgekühlt werden können.

Eine Kühlvorrichtung dieses Typs ist an sich eine Kühlflüs­ sigkeitsvorrichtung zum Kühlen eines Supercomputers, zum Beispiel.

Diese Kühlvorrichtung umfaßt ein Kühlflüssigkeitsrohr, das bogenförmig ist und auf oder in einem Substrat angeordnet wird, um ein auf der Oberfläche des Substrates montiertes Halbleiter-Bauelement zu kühlen.

Wenn eine solche Kühlflüssigkeitsvorrichtung als Kühlvor­ richtung für eine Halbleiterlaser-Vorrichtung verwendet wird, kann ein Kühlverfahren in Betracht gezogen werden, bei dem die als Erregungslichtquelle dienende LD mit einem Wärmeleitelement wie Kupfer, das eine hohe Wärmeleitfähig­ keit aufweist, zusammengepackt wird, und die Kühlflüssig­ keit so beschaffen ist, dass sie im Inneren der Wärmeleit­ elemente fließt.

Zum Beispiel offenbart die japanische Patentveröffentli­ chung 10-294513 eine "Festkörper-Laservorrichtung mit La­ serdiodenanregung" als normales Beispiel für die Kühlung und Temperatursteuerung von LDs.

Zum Beispiel ist gemäß Fig. 7 ein als Lasermedium dienender YAG-Kristall 100 von einer Anzahl von Hochleistungs-Halb­ leiterlasermodulen umgeben, wobei jedes aus vier LDs 101a bis 101d besteht.

Die LDs 101a bis 101d befinden sich außerdem jeweils in Kontakt mit Radiatoren 102a bis 102d, an denen sie befe­ stigt sind. Diese Radiatoren 102a bis 102d sind über Kühlstrecken 103a bis 103d separat mit einer Kühleinheit 104 verbunden.

Die Kühleinheit 104 führt in die Kühlstrecken 103a bis 103d der Radiatoren 102a bis 102d Kühlflüssigkeit zu, um die LDs 101a bis 101d zu kühlen.

Ein übliches Halbleiterlasermodul mit einer solchen Ausfüh­ rung weist die folgenden Besonderheiten auf.

Zuerst wird durch einen Temperatursensor 107, der an einer Licht mit der längsten Schwingungswellenlänge emittierenden LD zum Beispiel an der LD 101a angebracht ist, die Tempera­ tur erfaßt, wobei anschließend die Ventile 105a bis 105d geregelt werden, um die Durchflußmenge der Kühlflüssigkeit zu regulieren, die in den Kühlstrecken 103a bis 103d der Radiatoren 102a bis 102d fließt, die jeweils an den LDs 101a bis 101d angeschlossen und befestigt sind. Das heißt, die Steuerung der Temperatur der LDs 101a bis 101d wird durchgeführt, indem die Kühlleistung der Radiatoren 102a bis 102d selbst geregelt wird.

Als nächstes werden zur Steuerung der Temperatur der LDs 101a bis 101d wärmeleitende Elemente 106a bis 106d wie Be­ ryllerde (Berylliumoxid: BeO) oder Aluminiumnitrid vorgese­ hen, die eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit zwischen den Radiatoren 102a bis 102d und den LDs 101a bis 101d auf­ weisen. Dies ist eine Steuerung der Temperatur der LDs 101a bis 101d, die einer Einstellung der Wärmeleitfähigkeit zwi­ schen den Radiatoren 102a bis 102d und den LDs 101a bis 101d zugrunde gelegt ist.

Darüber hinaus wird die Temperatur der LDs 101a bis 101d gesteuert, indem der Wärmefluß durch Einstellen der Kon­ taktfläche der Radiatoren 102a bis 102d oder der LDs 101a bis 101d gegenüber den wärmeleitenden Elementen 106a bis 106d zwischen den Radiatoren 102a bis 102d und den LDs 101a bis 101d verändert wird. Es soll angemerkt werden, dass die Kontaktfläche tatsächlich eingestellt werden kann, indem eine Ausnehmung oder eine Vertiefung auf der Oberfläche der wärmeleitenden Elemente 106a bis 106d ausgebildet wird oder die Ausführung der wärmeleitenden Elemente 105a bis 106d selbst verändert wird. Dies ist außerdem im weiteren Sinne eine Steuerung der Temperatur der LDs 101a bis 101d durch eine Einstellung der Wärmeleitfähigkeit zwischen den Radia­ toren 102a bis 102d und den LDs 101a bis 101d.

Schließlich wird die Schwingungswellenlänge und die Tempe­ ratur der LDs 101a bis 101d gesteuert durch Änderung der Länge oder der Querschnittsfläche der in den Radiatoren 102a bis 102d angeordneten Kühlstrecken 103a bis 103d, oder durch Einstellen des Verlaufs der Kühlstrecken 103a bis 103d. Im weiteren Sinne ist dies auch eine Temperatursteue­ rung der LDs 101a bis 101d durch eine Einstellung der Kühl­ fähigkeit der Radiatoren 102a bis 102d selbst.

Daher werden bei der üblichen Technik verschiedene Methoden verwendet, um eine komplizierte Temperatursteuerung durch­ zuführen, weil die Herstellungstechnik von LDs noch nicht ausgereift gewesen ist, was Unregelmäßigkeiten bei den Wer­ ten der Schwingungswellenlänge der entsprechenden LDs ver­ ursacht. Zum Ausgleich dafür war eine optimaleTemperatur­ steuerung für jede der LDs erforderlich.

Andererseits ist vor kurzem in der Herstellungstechnik von LDs ein großer Fortschritt gemacht worden, und das Problem von Unregelmäßigkeiten der Schwingungswellenlänge von LDs ist bedeutend besser geworden. Zur Zeit wird eine Kühlvor­ richtung mit hoher Leistung benötigt, um der durch eine hohe LD-Leistung erzeugten Wärme gewachsen zu sein.

Das heißt, die Methode zur Steuerung der Temperatur und die Kühlvorrichtung zur Steuerung der jeweiligen Temperaturen der LDs, die oben erwähnt wurden, sind vom Standpunkt einer Steuerung der Schwingungswellenlänge her vorteilhaft, wobei diese Methoden und Vorrichtungen jedoch unter der neueren Bedingung der stabilen Qualität einer LD überentwickelt sind und Probleme verursachen können, derart, dass eine Verringerung der Größe nicht verwirklicht werden kann oder die Herstellungskosten erhöht sein können.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterlaser-Kühlvorrichtung bereitzustellen, die eine enorme Wärme abführen kann, die erzeugt wird, wenn mehrere LDs als Erregungslichtquellen in einer hohen Dichte um ein Lasermedium herum angeordnet sind, um einen hochlei­ stungsfähigen Halbleiterlaser zu verwirklichen, der es er­ möglicht, ein hochleistungsfähiges Erregungslicht von hoher Qualität zu erzielen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Werte der Schwingungswellenlänge der Anzahl von Erregungs­ lichtquellen zu vereinheitlichen und das Lasermedium effek­ tiv anzuregen, um sowohl eine hochleistungsfähige, stabile Laserleistung zu erzielen, als auch die Leistungsfähigkeit der Radiatoren mit einer einfachen Ausführung ohne eine er­ hebliche Änderung der Kühlvorrichtung zu erhöhen, wodurch die Kosten reduziert werden.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Halbleiterlaser-Kühl­ vorrichtung zum Kühlen einer Anzahl von Erregungslichtquel­ len bereit, die parallel um ein Lasermedium herum angeord­ net sind, wobei die Vorrichtung einen blockförmigen Radia­ tor aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit umfaßt, und die Erregungslichtquellen auf einer Außenfläche dessel­ ben angeordnet sind, wobei der blockförmige Radiator eine Kühlstrecke enthält, die sich in Längsrichtung der Anord­ nung der Erregungslichtquellen erstreckt, in der Vorsprünge in vorgegebenen Abständen ausgebildet sind, und deren Öff­ nungen an beiden Enden mit einer Kühleinheit zur Zuführung einer Kühlflüssigkeit verbunden sind.

Gemäß dieser Ausführung wird die durch die Erregungslicht­ quellen erzeugte Wärme in den blockförmigen Radiator gelei­ tet, der aus einem Metall mit hoher Leitfähigkeit besteht, wobei dieser blockförmige Radiator von der Kühlflüssigkeit gekühlt wird, die durch die durch diesen blockförmigen Ra­ diator gebildete Kühlstrecke fließt. Die durch die Kühlstrecke fließende Kühlflüssigkeit wird durch die in der Kühlstrecke vorgesehenen Vorsprünge umgerührt, um eine Tur­ bulenz zu erzeugen, wodurch die Wärme effektiv von der Wand der Kühlstrecke in die darin befindliche Kühlflüssigkeit geleitet wird. Deshalb wird die Kühlfähigkeit des blockför­ migen Radiators mittels Kühlflüssigkeit verbessert.

Darüber hinaus ist es möglich, eine übliche Kühleinheit für die Zuführung von Kühlflüssigkeit zu nutzen, wodurch die Notwendigkeit eines Einsatzes für die peripheren Vorrich­ tungen ausgeschlossen wird.

Dies ermöglicht es, die Kosten zur Abführung der enormen Wärme, die erzeugt wird, wenn mehrere LDs als Erregungs­ lichtquellen um ein Lasermedium herum mit hoher Dichte an­ geordnet sind, zu verringern. So ist es möglich, einen hochleistungsfähigen Halbleiterlaser für ein hochleistungs­ fähiges Erregungslicht von hoher Qualität zu realisieren. Da die Kühlvorrichtung eine stabile Kühlleistung aufweist und die Unregelmäßigkeiten der Schwingungswellenlänge in den LDs durch die neuere Verbesserung der Herstellungstech­ nik reduziert werden, sind darüber hinaus die Werte der Schwingungswellenlänge der Anzahl von Erregungslichtquellen vereinheitlicht, was es ermöglicht, eine effektive Erregung des Lasermediums zu erreichen, die es ihrerseits ermög­ licht, einen hochleistungsfähigen, stabilen Laser zu erzie­ len.

Spezieller besteht der blockförmige Radiator aus einer An­ zahl von Radiatorelementen, von denen jedes einer der Erre­ gungslichtquellen entspricht, wobei die Kühlstrecke sich durch alle Radiatorelemente erstreckt, und wobei in minde­ stens einer der Öffnungen der Kühlstrecke in jedem der Ra­ diatorelemente eine Umfangsnut ausgebildet und ein elasto­ merer Ring in die Umfangsnut eingesetzt ist, und wobei die Anzahl der Radiatorelemente in der Richtung der Anordnung der Erregungslichtquellen aneinandergefügt und aneinander befestigt ist, derart, dass jeder elastomere Ring durch die jeweils angrenzenden Radiatorelemente zusammengedrückt und elastisch verformt wird, wodurch der Innendurchmesser des Rings verringert und damit die Vorsprünge in vorgegebenen Abständen gebildet werden.

Nach dieser Ausführung ist es möglich, den blockförmigen Radiator mit Vorsprüngen in der Kühlstrecke durch ein ein­ faches Herstellungsverfahren mit den Schritten zu erzielen: Ausbilden einer Umfangsnut in jedem der Radiatorelemente, Einsetzen eines elastomeren Rings und Verbinden der Radia­ torelemente miteinander.

Hierbei kann der elastomere Ring ein Flüssigkeitsleckage verhindernder O-Ring sein, der kommerziell erhältlich ist. Wenn ein solcher O-Ring verwendet wird, kann der den Vor­ sprung selbst bildende O-Ring als Mittel dienen, um Flüs­ sigkeitsleckage aus dem blockförmigen Radiator zu verhin­ dern. Folglich besteht keine Notwendigkeit, ein separates Element zur Verhinderung von Flüssigkeitsleckage anzubrin­ gen.

Durch Änderung der Tiefe der Umfangsnut oder der Kompressi­ onskraft auf beiden Seiten der Radiatorelemente zum Ein­ stellen der Kompressionsgröße des Ringes ist es darüber hinaus möglich, den Innendurchmesser des Ringes, d. h. die Größe des Vorsprungs einzustellen.

Folglich ist es möglich, einen der erforderlichen Umrühr­ funktion entsprechenden Vorsprung leicht zu bilden, wodurch die Temperatursteuerung zur Einstellung der Schwingungswel­ lenlänge und die Temperatursteuerung zum Kühlen durchge­ führt werden. Ferner ist es auch möglich, den Innendurch­ messer des Ringes, d. h. den Strömungswiderstand der Kühl­ flüssigkeit entsprechend der Pumpenleistung in der Kühlein­ heit einzustellen.

Da der blockförmige Radiator aus mehreren, den jeweiligen Erregungslichtquellen entsprechenden Radiatorelementen be­ steht, ist es darüber hinaus möglich, die Erregungslicht­ quellen entsprechend der Größe des Lasermediums anzuordnen, indem nur die Anzahl der zu kombinierenden Radiatorelemente geändert wird.

In diesem Falle ist die Kühleinheit für die Zuführung der Kühlflüssigkeit mit zwei der Radiatorelemente verbunden, die an den am weitesten außen liegenden Positionen angeord­ net sind.

Ferner besteht der blockförmige Radiator aus einer Anzahl von Radiatorelementen, von denen jedes einer der Erregungs­ lichtquellen entspricht, wobei die Kühlstrecke in jedem der Radiatorelemente ausgebildet und der Durchmesser von einer der Öffnungen der Kühlstrecke in jedem der Radiatorelemente verringert ist, und die Anzahl der Radiatorelemente in Richtung der Anordnung der Erregungslichtquellen aneinan­ dergefügt und aneinander befestigt sind, wodurch die Vor­ sprünge in vorgegebenen Abständen gebildet werden.

In diesem Falle ist jeder der Vorsprünge durch den Ab­ schnitt mit verringertem Durchmesser ausgebildet, der an einer der Öffnungen der Kühlstrecke von jedem der Radiator­ elemente angeordnet ist. Da diese Abschnitte mit verringer­ tem Durchmesser nur an einer der Öffnungen von jedem der Radiatorelemente angeordnet sind, kann das Bearbeitungsver­ fahren im Vergleich zu einem Fall vereinfacht werden, bei dem der Abschnitt mit verringertem Durchmesser in dem mitt­ leren Teil oder an beiden Enden der Kühlstrecke von jedem der Radiatorelemente angeordnet ist.

Hier kann der Abschnitt mit verringertem Durchmesser durch eine Umfangsnut, die in zumindest einer der Öffnungen der Kühlstrecke in jedem der Radiatorelemente ausgebildet ist, und einen Ring realisiert werden, dessen Innendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Kühlstrecke ist, und der in die Nut eingesetzt wird.

In diesem Falle kann der den Abschnitt mit verringertem Durchmesser bildende Ring getrennt von dem Radiatorelement bearbeitet werden, wodurch ein Vorteil bewirkt wird, dass das gesamte Bearbeitungsverfahren vereinfacht werden kann.

Darüber hinaus kann der Abschnitt mit verringertem Durch­ messer realisiert werden durch einen Schritt der Bildung einer Blindbohrung, die einen Durchmesser aufweist, der dem Durchmesser der Kühlstrecke entspricht, und einen Schritt der Bildung einer durchgehenden Bohrung mit einem Durchmes­ ser, der kleiner als die Blindbohrung ist.

In diesem Falle wird das Bearbeitungsverfahren nur an dem zu entnehmenden Innenteil des Radiatorelements durchge­ führt, was den Vorteil einer Einsparung von Material be­ wirkt, das zum Herstellen des Radiatorelements verwendet wird.

Darüber hinaus kann der Abschnitt mit verringertem Durch­ messer der Öffnung eine konische Fläche aufweisen, deren Durchmesser von der Mitte des Abschnitts mit verringertem Durchmesser aus in die Axialrichtung nach beiden Seiten hin zunimmt.

Entsprechend dieser Ausführung verhindert die konische Flä­ che eine plötzliche Reduzierung und Vergrößerung des Durch­ flußwegs in der Kühlstrecke, wodurch die Druckzunahme der Kühlflüssigkeit vermindert wird, um die Belastung auf die Pumpe in der Kühleinheit zu reduzieren.

Ferner kann der im Durchmesser verringerte Abschnitt der Öffnung eine konische Fläche aufweisen, deren Durchmesser in der Axialrichtung des im Durchmesser verringerten Ab­ schnitts von einem Ende zum anderen zunimmt.

In diesem Falle ist es möglich, eine plötzliche Reduzierung oder Vergrößerung des Durchflußwegs in der Kühlstrecke zu verhindern. Zudem gibt es vom Standpunkt des Bearbeitungs­ verfahrens aus einen Vorteil, dass dies leichter ist, als eine konische Fläche zu schaffen, deren Durchmesser vom mittleren Abschnitt nach beiden Seiten hin zunimmt.

Darüber hinaus kann eine Anzahl von voneinander getrennten Kanälen vorgesehen sein, die durch den Verengungsbereich der Öffnung in Axialrichtung durchgehend ausgebildet sind und in vorgegebenen Abständen um den Umfang verteilt ange­ ordnet sind.

Die voneinander getrennten Kanäle verbessern das Umrührver­ mögen der Kühlflüssigkeit bemerkenswert, indem große und kleine Strömungswirbel erzeugt werden, wodurch die Wärme­ leitfähigkeit unterstützt wird, um eine Kühlfunktion mit höherer Wirksamkeit zu erzielen.

Ferner kann zwischen der Anzahl der Radiatorelemente ein O- Ring angeordnet werden, um Flüssigkeitsleckage zu verhin­ dern.

Diese Ausführung kann auf den Fall, bei dem ein Ring in eine Umfangsnut eingesetzt wird, um den Abschnitt mit ver­ ringertem Durchmesser in einer der Öffnungen der Radiator­ elemente zu erzielen, oder auf den Fall angewandt werden, wenn eine Blindbohrung in Kombination mit einer durchgehen­ den Bohrung ausgebildet wird, um den Abschnitt mit verrin­ gertem Durchmesser in einer der Öffnungen zu erzielen.

Darüber hinaus kann die Kühlstrecke schraubenförmig genutet sein.

Nach dieser Ausführung wird die in der Kühlstrecke flie­ ßende Kühlflüssigkeit durch die schraubenförmige Nut umge­ rührt, um eine Turbulenz und einen rotierenden Durchfluß zu erzeugen, wodurch die Wärmeleitfähigkeit von dem blockför­ migen Radiator in die Kühlflüssigkeit bedeutend verbessert wird.

Die schraubenförmige Nut kann in einem Teil der Kühlstrecke angeordnet werden, in dem keine Vorsprünge vorhanden sind, um in Kombination mit den Vorsprüngen genutzt zu werden, oder kann ohne weitere Vorsprünge genutzt werden, weil die schraubenförmige Nut selbst als Vorsprünge dienen kann. Es zeigen

Fig. 1 (a) eine Draufsicht einer Anzahl von Radiatorelemen­ ten, die in einem einzigen Block eines Radiators ge­ mäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung angeordnet und befestigt sind; und Fig. 1 (b) eine perspektivische Ansicht des blockförmigen Radiators von Fig. 1 (a);

Fig. 2 die Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbei­ spiels, in welchem ein Vorsprung zum Umrühren von Kühlflüssigkeit gebildet ist, indem eine Umfangsnut und ein elastomerer Ring verwendet werden;

Fig. 3 (a) eine Querschnittsansicht, die eine Ausführung der Radiatorelemente des ersten Ausführungsbeispiels darstellt; Fig. 3 (b) eine Querschnittsansicht, die den Schritt ihres Zusammenbaus erläutert; und Fig. 3 (c) eine Querschnittsansicht, die einen Zustand nach dem Zusammenbau darstellt;

Fig. 4 (a) die Vorderansicht eines Ringes, der in einem zweiten Ausführungsbeispiel genutzt wird, in welchem ein Vorsprung zum Umrühren von Kühlflüssigkeit gebildet ist, indem ein nicht elastisches Ringelement in ei­ ner Umfangsnut angeordnet wird, die an einem Öff­ nungsabschnitt von jedem der Radiatorelemente ausge­ bildet ist; Fig. 4 (b) eine Querschnittsansicht des Ringelements, das in dem zweiten Ausführungsbeispiel genutzt wird; Fig. 4 (c) eine Querschnittsansicht, die den Schritt des Zusammenbaus des zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels erläutert; und Fig. 4 (d) eine Quer­ schnittsansicht, die einen Zustand nach dem Zusam­ menbau darstellt;

Fig. 5 (a) die Vorderansicht eines Ringes, der in einem mo­ difizierten Beispiel des zweiten Ausführungsbei­ spiels genutzt wird; und Fig. 5 (b) eine Quer­ schnittsansicht des Ringes;

Fig. 6 (a) die Querschnittsansicht eines Vorsprungs, der als Abschnitt mit verringertem Durchmesser gemäß ei­ nem dritten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist; Fig. 6 (b) die Querschnittsansicht eines modifizier­ ten Beispiels davon; und Fig. 6 (c) die Quer­ schnittsansicht einer schraubenförmigen Nut, die in der Kühlstrecke gemäß einem vierten Ausführungsbei­ spiel ausgebildet ist;

Fig. 7 eine Draufsicht der formellen Erfindung.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Er­ findung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 (a) ist eine Draufsicht als vereinfachte äußere Ansicht von mehreren Radiatorelementen, die in einem normierten Block eines Radiators angeordnet und fixiert sind, der den Aus­ führungsbeispielen der vorliegenden Erfindung gemeinsam ist. Darüber hinaus ist die Fig. 1 (b) eine perspektivische Ansicht des blockförmigen Radiators von Fig. 1 (a).

Gemäß Fig. 1 (a) wird die Halbleiterlaser-Kühlvorrichtung 1 insgesamt von einem blockförmigen Radiator 2 und einer Kühleinheit 3 gebildet. Die Kühleinheit 3 ist eine Ausfüh­ rung, die mit einer üblichen Kühleinheit identisch ist. Das heißt, diese Kühleinheit 3 hat die Funktion, Kühlflüssig­ keit auf eine vorgegebene Temperatur zu kühlen, während die Kühlflüssigkeit bei Ausbreitung zur Zirkulation zurückge­ wonnen wird.

Im Beispiel von Fig. 1 (a) und Fig. 1 (b) wurde ein block­ förmiger Radiator 2 aus sechs Radiatorelementen 2a bis 2f beschrieben. Deren Anzahl ist jedoch nicht auf eine spezi­ elle Zahl beschränkt, sondern kann entsprechend der Größe des als Lasermedium dienenden YAG-Kristalls 100 gewählt werden.

Die Radiatorelemente 2a bis 2f sind aus einem Metall herge­ stellt, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise Kupfer aufweist. Die als Erregungslichtquelle für den YAG- Kristall 100 dienenden LDs (Laserdioden) 101a bis 101f sind auf der Außenfläche der Radiatorelemente 2a bis 2f in einem Zustand angeordnet, in dem sie jeweils Wärme zu den Radia­ torelementen 2a bis 2f leiten können.

Folglich entsprechen die Radiatorelemente 2a bis 2f jeweils den LDs 101a bis 101f, d. h., jedes bildet einen Teil des blockförmigen Radiators 2. Diese Radiatorelemente 2a bis 2f sind in der Richtung der Anordnung der LDs 101a bis 101f, d. h. in der Längsrichtung des YAG-Kristalls angeordnet, um den für den YAG-Kristall geeigneten, einzelnen blockförmi­ gen Radiator 2 zu erzielen.

Gemäß Fig. 1 (b) erstreckt sich eine Kühlstrecke 4 durch den annähernd mittleren Abschnitt des blockförmigen Radia­ tors 2 in Richtung der Anordnung der LDs 101a bis 101f. Ge­ mäß Fig. 1 (a) ist die Kühleinheit 3 zur Zuführung von Kühlflüssigkeit mit Öffnungen an beiden Enden der Kühlstrecke 4 verbunden, wobei spezieller eine Öffnung des Radiatorelements 2a an der am weitesten außen liegenden Po­ sition angeordnet ist, und die andere Öffnung des Radiator­ elements 2f an der anderen am weitesten außen liegenden Po­ sition angeordnet ist.

Es soll angemerkt werden, dass Fig. 1 (a) nur einen block­ förmigen Radiator 2 darstellt, es können aber auch mehrere blockförmige Radiatoren 2 so angeordnet werden, dass sie den YAG-Kristall 100 umschließen. Normalerweise ist in ei­ nem solchen Falle die Anzahl der Kühleinheiten 3 auch eins.

Als nächstes wird eine ausführliche Erläuterung hinsicht­ lich der Ausführung zur Bildung von Vorsprüngen zum Verwir­ beln von Kühlflüssigkeit in einem vorgegebenen Abstand im Inneren der Kühleinheit gegeben.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht von Kühlflüssigkeit um­ rührenden Vorsprüngen, die durch Verwendung der Umfangsnu­ ten 5a bis 5f, die an einer Öffnung der entsprechenden Ra­ diatorelemente 2a bis 2f ausgebildet sind, und der elasto­ meren Ringe 6a bis 6f gemäß einem ersten Ausführungsbei­ spiel gebildet sind. Diese Querschnittsansicht entspricht dem Abschnitt A-A in Fig. 1 (b).

In diesem Ausführungsbeispiel werden gemäß Fig. 2 die Kühlstrecken 4a bis 4f für jedes der Radiatorelemente 2a bis 2f ausgebildet, wobei die Umfangsnuten 5a bis 5f an einer Öffnung der entsprechenden Kühlstrecken 4a bis 4f, d. h. den Öffnungen auf der rechten Seite in Fig. 2 ausgebil­ det sind. Die Ringe 6a bis 6f sind als elastomeres Element in das Innere der Umfangsnuten 5a bis 5f eingesetzt, um als Vorsprünge zu dienen, die in vorgegebenen Abständen inner­ halb der Kühlstrecke 4 angeordnet sind.

Da die Radiatorelemente 2a bis 2f eine identische Ausfüh­ rung aufweisen, werden die Radiatorelemente 2a und 2b als repräsentativ ausgewählt, und ihr innerer Aufbau ist in Fig. 3 (a) ausführlich dargestellt.

Jede der Umfangsnuten 5a und 5b ist am rechten Ende der Ra­ diatorelemente 2a und 2b in koaxialem Zustand mit den Kühlstrecken 4a und 4b ausgebildet, deren Innendurchmessser mit dem Außendurchmesser der Ringe 6a und 6b im nicht zu­ sammengedrückten Zustand annähernd gleich ist. Darüber hin­ aus ist der Innendurchmesser "d" der Ringe 6a und 6b mit dem Innendurchmesser der Kühlstrecken 4a und 4b annähernd gleich.

Die Umfangsnuten 5a und 5b besitzen eine Tiefe "t", die im Vergleich zur Dicke der Ringe 6a und 6b flacher ausgebildet ist. Gemäß Fig. 3 (c) werden die Ringe 6a und 6b in Dickenrichtung elastisch verformt, wobei der Innendurchmes­ ser "d" der Ringlemente 6a bis 6b verringert wird, wenn das angrenzende Radiatorelement mit Druck befestigt wird, so dass sie zur Innenwand der Kühlstrecken 4a und 4b vorste­ hen. Dieser Vorsprung dient als Vorsprung zum Umrühren der Kühlflüssigkeit.

Folglich ist es möglich, die Größe des Vorsprungs einzu­ stellen, indem die Tiefe "t" der Umfangsnuten 5a und 5b eingestellt wird, um die Größe der Kompression der Ringe 6a und 6b zu verändern. Darüber hinaus können die Ringe 6a und 6b als elastomere Elemente selbst ein Austreten von Kühl­ flüssigkeit zwischen den Radiatorelementen 2a und 2b ver­ hindern, was die Notwendigkeit ausschließt, Mittel zur Ver­ hinderung einer undichten Stelle als getrenntes Element zwischen den Radiatorelementen vorzusehen.

Die Ringe 6a und 6b können O-Ringe oder dergleichen sein, die auf dem Markt erhältlich sind.

Fig. 3 (b) zeigt eine Umrißskizze des Zusammenbauschrittes des blockförmigen Radiators 2 gemäß dieser Ausführung. Beim Zusammenbau des blockförmigen Radiators 2 werden nach Fig. 3 (b) zuerst die Ringe 6a bis 6f in die Umfangsnuten 5a bis 5f der jeweiligen Radiatorelemente 2a bis 2f eingesetzt, und anschließend werden diese Radiatorelemente 2a bis 2f in jedem einzelnen blockförmigen Radiator 2 miteinander befe­ stigt. Danach wird eine lange Durchsteckschraube 7 in eine im äußeren Umfangsabschnitt der jeweiligen Radiatorelemente 2a bis 2f ausgebildeten Bohrung für Durchsteckschrauben 8, 8, 8... eingesetzt und der blockförmige Radiator 2 von beiden Enden durch einen Durchsteckschraubenkopf 7a und die Mutter 9 festgeklemmt.

In diesem Falle ist die Bohrung 8, 8, 8... für Durchsteck­ schrauben der jeweiligen Radiatorelemente 2a bis 2f vor­ zugsweise an jeder der vier Ecken der jeweiligen Radiator­ elemente 2a bis 2f oder an zwei Ecken vorgesehen, die gemäß Fig. 1 (b) in diagonaler Richtung angeordnet sind.

In dem soweit beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird das obere Ende, das von den als Erregungslichtquellen die­ nenden LDs 101a bis 101f emittiert wird, zu dem blockförmi­ gen Radiator 2 übertragen, der aus einem Metall mit hoher Leitfähigkeit gebildet ist und von der Kühlflüssigkeit ge­ kühlt wird, die durch die Kühlstrecke 4 fließt, die sich durch den blockförmigen Radiator 2 erstreckt.

Die durch die Kühlstrecke 4 fließende Kühlflüssigkeit wird von den Vorsprüngen, die durch die Ringe 6a bis 6f ausge­ bildet sind und in die Kühlstrecke 4 vorstehen, umgerührt, so dass sie eine Turbulenz verursachen, wobei die Wärme von der Wandung der Kühlstrecke 4 ausreichend und gleichmäßig auf die Kühlflüssigkeit übertragen wird, wodurch die Kühl­ fähigkeit des blockförmigen Radiators 2 mittels Kühlflüs­ sigkeit und die Kühlfähigkeit der LDs 101a bis 101f erhöht werden.

Ferner gibt es keine Notwendigkeit eines zusätzlichen Ein­ satzes für periphere Vorrichtungen, da eine übliche Kühl­ einheit als Kühleinheit 3 selbst für die Zuführung der Kühlflüssigkeit direkt verwendet werden kann.

Infolgedessen wird es möglich, die enorme Wärme abzuführen, die erzeugt wird, wenn eine Anzahl von LDs 101a bis 101f mit hoher Dichte montiert sind, ohne viel Kosten aufzuwen­ den, und einen hochleistungsfähigen Halbleiterlaser zu rea­ lisieren, der in der Lage ist, ein hochleistungsfähiges Er­ regungslicht von hoher Qualität zu emittieren. Ferner weist der blockförmige Radiator 2 ein hochleistungsfähiges Kühl­ vermögen auf, wobei mit der kürzlichen Verbesserung des Verfahrens zur Verringerung von durch die LD-Herstellung verursachten Unregelmäßigkeiten der Schwingungswellenlänge die durch die Vielzahl von LDs 101a bis 101f erzielten Werte der Schwingungswellenlänge als identische gesichert sind, wodurch es möglich ist, eine hocheffiziente Erregung des YAG-Kristalls und einen stabilen Laser mit hoher Lei­ stung zu erzielen.

Darüber hinaus kann die Anzahl von Vorsprüngen im Inneren der Kühlstrecke 4 durch einen einfachen Zusammenbauschritt, d. h. das Einsetzen der Ringe 6a bis 6f, wie O-Ringe, in die Nuten 5a bis 5f der Radiatorelemente 2a bis 2f, und das Verbinden der Radiatorelemente 2a bis 2f miteinander durch die langen Durchsteckschrauben 7 und die Muttern 9 ausge­ bildet werden. So kann die Kühlvorrichtung durch ein einfa­ ches Verfahren hergestellt werden.

Hierbei können als Ringe 6a bis 6f auf dem Markt erhältli­ che O-Ringe verwendet werden, die selbst auch als Flüssig­ keitsleckage verhindernde Mittel dienen können. Folglich gibt es im Vergleich zu dem Fall, wo ein separates Teil zur Verhinderung von Flüssigkeitsleckage vorgesehen sein sollte, einen Vorteil, dass die Produktionskosten verrin­ gert werden können und auch die Anzahl von benötigten Tei­ len reduziert werden kann.

Ferner ist es durch Änderung der Tiefe "t" der Umfangsnuten 5a bis 5f zum Einstellen der Größe der Kompression der Ringe 6a bis 6f möglich, den Innendurchmesser der Ringe 6a bis 6f, d. h. die Vorsprungsgröße der Vorsprünge, einzu­ stellen.

Es soll angemerkt werden, dass, wenn die Vorsprungsgröße der durch den Innendurchmesser der Ringe 6a bis 6f gebilde­ ten Vorsprünge verringert werden soll, die Umfangsnuten 5a bis 5f weiter eingeschnitten werden, um die Tiefe "t" zu vergrößern. Im Gegensatz dazu können, wenn die Vorsprungs­ größe der Vorsprünge erhöht werden soll, die Endflächen der Radiatorelemente 2a bis 2f abgeschabt werden, um die wirk­ liche Tiefe "t" zu verringern.

Ferner ist es auch möglich, die Klemmkraft der langen Durchsteckschrauben 7 und der Muttern 9 einzustellen, um den Innendurchmesser der Ringe 6a bis 6f, d. h. die Vor­ sprungsgröße der Vorsprünge, einzustellen. In diesem Fall, wenn die Klemmkraft der langen Durchsteckschrauben 7 und der Muttern 9 abgeschwächt ist, wird die Vorsprungsgröße der Vorsprünge verringert. Im Gegensatz dazu wird die Vor­ sprungsgröße der Vorsprünge erhöht, wenn die Klemmkraft der langen Durchsteckschrauben 7 und der Muttern 9 verstärkt ist. Es soll angemerkt werden, dass Fig. 3 (c) die Endflä­ che des Radiatorelements 2a im vollen Kontakt mit der End­ fläche des Radiatorelements 2b, d. h. dem Grenzzustand zeigt, in dem die Vorsprungsgröße der Vorsprünge nicht wei­ ter durch Erhöhung der Klemmkraft der langen Durchsteck­ schrauben 7 und der Muttern 9 erhöht werden kann.

Als nächstes wird eine Erläuterung für ein zweites Ausfüh­ rungsbeispiel gegeben, in dem anstelle einer Verwendung der elastomeren Ringe, wie O-Ringe, eine Öffnung von jeder der Kühlstrecken 4a bis 4f in den Radiatorelementen 2a bis 2f verringert ist, um als Vorsprung zum Umrühren der Kühlflüs­ sigkeit zu dienen.

Fig. 4 (d) ist eine Querschnittsansicht des zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels, in welchem ein nicht elastischer Ring in die Umfangsnut eingesetzt wird, die in einer der Öffnungen von jedem der Radiatorelemente ausgebildet ist, um einen Vorsprung zum Umrühren der Kühlflüssigkeit zu bilden. Fig. 4 (d) zeigt die Radiatorelemente 2a und 2b in der durch die Pfeile A-A gebildeten Schnittebene, wobei aber die anderen Radiatorelemente 2c bis 2f identische Ausführungen wie 2a und 2b aufweisen.

Jede der Umfangsnuten 11a und 11b, in die der nicht elasto­ mere Ring 10b eingesetzt werden soll, ist an einer der End­ flächen, d. h. der linken Endfläche der Radiatorelemente 2a und 2b ausgebildet, wobei ihr Innendurchmesser dem Außen­ durchmesser des Ringes 10b annähernd gleich ist. Darüber hinaus ist der Innendurchmesser des Ringes 10b kleiner als der Innendurchmesser der Kühlstrecke 4a und 4b ausgebildet, wobei dieser Abschnitt mit verringertem Durchmesser 12b den Vorsprung zum Umrühren der Kühlflüssigkeit bildet.

In diesem Falle hat der Ring 10b selbst keine Funktion, um das Auslaufen von Kühlflüssigkeit zu verhindern. Folglich sind die Umfangsnuten 13a und 13b an der rechten Endfläche der Radiatorelemente 2a und 2b zur Aufnahme der O-Ringe 14a und 14b angeordnet, die zur Verhinderung von Flüssigkeits­ leckage zugeordnet sind. Daher wird ein Auslaufen der Kühl­ flüssigkeit zwischen den Radiatorelementen verhindert.

Fig. 4 (a) ist eine Vorderansicht des Ringes 10b, und die Fig. 4 (b) zeigt den aus dem Radiatorelement 2b herausge­ nommenen Ring 10b.

Gemäß Fig. 4 (b) und 4 (a) ist im Abschnitt 12b mit verringer­ tem Durchmesser des Rings 10b eine konische Fläche 15b mit einem Durchmesser ausgebildet, der von dem mittleren Ab­ schnitt in axialer Richtung des Abschnitts 12b mit verrin­ gertem Durchmesser nach beiden Seiten hin zunimmt. Diese konische Fläche 15b kann leicht ausgebildet werden, indem von beiden Seiten des Rings 10b ein Senkvorgang oder ein anderes Verformungsverfahren durchgeführt wird.

Fig. 4 (c) zeigt eine Umrißskizze der Vorgehensweise beim Zusammenbauen des blockförmigen Radiators 2, der die oben erwähnte Ausführung aufweist. Beim Zusammenbauen des block­ förmigen Radiators 2 werden zuerst gemäß Fig. 4 (c) die Ringe der jeweiligen Radiatorelemente einschließlich des Rings 10b in die an den linken Enden der jeweiligen Radia­ torelemente einschließlich des Radiatorelements 2b ausge­ bildeten Umfangsnuten 11a, 11b, ... eingesetzt und darin befestigt. Ferner werden die Flüssigkeitsleckage verhin­ dernden O-Ringe 14a, 14b, ... in die Umfangsnuten 13a, 13b, ... an den rechten Enden der jeweiligen Radiatorele­ mente 2b eingesetzt.

Diese Radiatorelemente 2a bis 2f werden aneinander befe­ stigt, um den einzelnen blockförmigen Radiator 2 zu bilden. Danach werden lange Durchsteckschrauben in die im äußeren Umfang der Radiatorelemente 2a bis 2f ausgebildeten Bohrun­ gen für Durchsteckschrauben 8, 8, 8 eingesetzt, wobei der gleiche Zusammenbauvorgang wie in Fig. 3 (b) durchgeführt wird.

Durch dieses Verfahren werden die zur Verhinderung von Flüssigkeitsleckage bestimmten O-Ringe 14a, 14b, ..., zwi­ schen den Radiatorelementen zusammengedrückt. Dies verhin­ dert das Auslaufen der Kühlflüssigkeit zwischen den Radia­ torelementen, wobei die Reaktionskraft die Ringelemente 10b, ..., fixiert und an die Endflächen der angrenzenden Radiatorelemente preßt.

Im Gegensatz zu dem mit Bezug auf die Fig. 3 (a) bis Fig. 3 (c) erläuterten ersten Ausführungsbeispiel besitzt das Ringelement 10b eine hohe Härte, wobei dieses Ringelement 10 keiner starken äußeren Kraft ausgesetzt ist. Folglich kann die anfängliche Genauigkeit des Abschnitts 12b mit verringertem Durchmesser, der den Vorsprung bildet, sicher aufrechterhalten werden.

Deshalb wird eine Anzahl von Radiatorelementen 2a bis 2f, von denen jedes das Ringelement einschließlich das Ringele­ ment 10b zum Bilden eines Abschnitts mit verringertem Durchmesser aufweist, miteinander befestigt, indem sie durch lange Durchsteckschrauben und Muttern festgeklemmt werden, wodurch der Abschnitt mit verringertem Durchmesser in einem der Länge der Kühlstrecken 4a bis 4f der jeweili­ gen Radiatorelemente 2a bis 2f entsprechenden, vorgegebenen Abstand gebildet wird, um als Vorsprung zum Umrühren der Kühlflüssigkeit zu dienen.

Da die den Abschnitt mit verringertem Durchmesser bildenden Ringelemente mit dem Ringelement 10b unabhängig von den Ra­ diatorelementen 2a bis 2f bearbeitet werden können, kann der gesamte Bearbeitungsaufwand vereinfacht werden und es eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erwartet werden. Die ko­ nische Fläche 15b, die an dem Abschnitt 12b mit verringer­ tem Durchmesser der jeweiligen Radiatorelemente einschließ­ lich des Ringelements 10b vorgesehen ist, funktioniert so, dass eine plötzliche Reduzierung oder Vergrößerung des Durchflußwegs in der Kühlstrecke 4 verhindert wird, wodurch eine Druckzunahme der Kühlflüssigkeit vermindert wird und die Belastung auf eine Pumpe in der Kühleinheit 3 reduziert wird.

Ferner weist das Ringelement 10b, das den Abschnitt mit verringertem Durchmesser bildet, eine hohe Steifigkeit auf, die die anfängliche Genauigkeit bei der Herstellung gewähr­ leistet. Folglich ist es möglich, eine stabile Turbulenz zu erzeugen, die eine hohe Reproduzierbarkeit besitzt, die eine Temperatursteuerung und Reduzierung einer absoluten Temperatur unterstützt.

Darüber hinaus ist es gemäß den Fig. 5 (a) und Fig. 5 (b) möglich, eine Anzahl von voneinander getrennten Kanälen 16b zu bilden, die sich in Axialrichtung durch den Abschnitt mit verringertem Durchmesser 12b des Ringelements 10b in vorgegebenen Abständen um den Umfang verteilt erstrecken, so dass der Abschnitt 12b mit verringertem Durchmesser 12b wesentlichen eine Kühlrippenform aufweist, um als Vorsprung in der Kühlstrecke 4 zu dienen.

Daher ist es möglich, wenn viele rippenfömige Vorsprünge vorgesehen werden, das Umrührvermögen der in der Kühlstrecke 4 fließenden Kühlflüssigkeit bedeutend zu erhö­ hen. Dieses Umrühren erzeugt verschiedene große und kleine Wirbel, die eine Wärmeleitung unterstützen, was es ermög­ licht, eine hocheffiziente Kühlfunktion zu erreichen.

Als nächstes wird eine Erläuterung von einem ein dritten Ausführungsbeispiel gegeben, bei dem durch Herstellung ei­ ner geschlossenen Bohrung (Blindbohrung) und ein Lochstoß­ verfahren eine Öffnung von jeder der Kühlstrecken 4a bis 4f im Durchmesser reduziert wird, um Vorsprünge zum Umrühren der Kühlflüssigkeit zu bilden.

Fig. 6 (a) ist eine Querschnittsansicht, die das dritte Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem eine der Öffnungen von jeder der Kühlstrecken 4a bis 4f im Durchmesser reduziert ist, um die Abschnitte mit verringertem Durchmesser 17a, 17b, ... in einer einfachen Ausführung zu bilden, die als Vorsprünge in der Kühlstrecke 4 dienen. In Fig. 6 (a) zeigt nur den Abschnitt, der den aus dem Querschnitt längs A-A von Fig. 1 (b) herausgenommenen Radiatorelementen 2a und 2b entspricht. Die anderen Radiatorelemente 2c bis 2f weisen auch die gleiche Ausführung auf.

Zuerst wird am Beispiel des Radiatorelements 2a eine Erläu­ terung hinsichtlich des Verfahrens gegeben, um den Ab­ schnitt 17a mit verringertem Durchmesser der einfachen Aus­ führung zu bilden.

Dieses Verfahren besteht aus einem Schritt, eine Blindboh­ rung zu bilden mit einem Durchmesser, der dem Innendurch­ messer der Kühlstrecke 4a ungefähr im mittleren Abschnitt des Radiatorelements 2a entspricht; und einem Schritt, eine durchgehende Bohrung mit einem Durchmesser zu bilden, der kleiner als der Innendurchmesser der Kühlstrecke 4a ist.

Diese Schritte können auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden, d. h. die durchgehende Bohrung mit kleinem Durchmesser wird zuerst ausgebildet und anschlie­ ßend wird die Bearbeitung einer Blindbohrung mit größerem Durchmesser durchgeführt. Die Ausbildung einer tiefen Boh­ rung mit kleinem Durchmesser erfordert jedoch eine entspre­ chende Festigkeit des Werkzeugs wie z. B. eines Bohrers. Im allgemeinen ist es besser, die Bearbeitung einer Blindboh­ rung mit größerem Durchmesser vor der Bildung der durchge­ henden Bohrung mit kleinerem Durchmesser durchzuführen.

Infolgedessen dienen gemäß Fig. 6 (a) die nach der Bearbei­ tung der beiden Löcher übrigbleibenden äußeren Umfangsab­ schnitte als Abschnitte 17a, 17b mit verringertem Durchmes­ ser, d. h. als Vorsprünge in der Kühlstrecke 4.

Es soll angemerkt werden, dass in diesem Ausführungsbei­ spiel jeder der Abschnitte 17a, 17b mit verringertem Durch­ messer in flacher Form mit gleicher Dicke gebildet ist. Folglich ist es vorzuziehen, als Werkzeug zur Bildung einer Blindbohrung einen Fräser für Grundlochbearbeitung zu ver­ wenden, der ein flaches Ende wie ein Schaftfräser hat. Dar­ über hinaus ist es möglich, für die Bildung einer durchge­ henden Bohrung einen Bohrereinsatz zu verwenden, der einen geeigneten Schneidenwinkel aufweist.

Darüber hinaus sind am anderen Ende von jedem der Radiator­ elemente 2a, 2b die Umfangsnuten 13a und 13b ausgebildet, um O-Ringe 14a und 14b aufzunehmen, die dazu bestimmt sind, Flüssigkeitsleckage zu verhindern, wodurch ein Auslaufen der Kühlflüssigkeit zwischen den Radiatorelementen verhin­ dert wird.

Die so hergestellten Radiatorelemente 2a bis 2f werden mit­ einander befestigt, um den einzelnen blockförmigen Radiator 2 in der gleichen Weise wie im ersten und zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel zu bilden.

Gemäß dem oben erwähnten dritten Ausführungsbeispiel werden nur der Abschnitt der zu entfernenden Kühlstrecken 4a bis 4f, d. h. die Innenseite der Radiatorelemente 2a bis 2f ei­ ner Bearbeitung unterzogen. Im Gegensatz zu dem mit Bezug auf die Fig. 4 (a) bis Fig. 4 (d) erläuterten zweiten Aus­ führungsbeispiel oder seines modifizierten Beispiels, das mit Bezug auf die Fig. 5 (a) und Fig. 5 (b) erläutert wurde, besteht keine Notwendigkeit, ein separates Element zu verwenden, um einen Vorsprung (Abschnitt mit verringer­ tem Durchmesser) zu bilden, wodurch das zur Herstellung des blockförmigen Radiators 2 verwendete Material eingespart wird.

Darüber hinaus ist es möglich, als Werkzeug zur Bildung ei­ ner Blindbohrung einen Bohrereinsatz mit einer Schneide zu verwenden, die unter einem Winkel von 90° oder 60° angeord­ net ist. In diesem Falle ist es zum Beispiel gemäß Fig. 6 (b) möglich, Abschnitte 17a und 17b mit verringertem Durch­ messer zu bilden, die konische Flächen 18a und 18b aufwei­ sen, deren Durchmesser sich von einem Ende zum anderen Ende in der axialen Richtung vergrößert, um als Vorsprünge zu dienen. Es soll angemerkt werden, dass die Bezugszeichen 19a und 19b in Fig. 6 (b) Umfangsnuten zur Aufnahme von O- Ringen 14a und 14b darstellen, die zur Verhinderung von Flüssigkeitsleckage bestimmt sind.

Mit dieser Ausführung ist es möglich, zumindest eine plötz­ liche Reduzierung oder Vergrößerung des Durchflußwegs in der Kühlstrecke 4 zu verhindern. Vom Standpunkt des gesam­ ten Bearbeitungsprozesses ist ferner kein separates Element erforderlich, um den Vorsprung (Abschnitt mit verringertem Durchmesser) zu bilden, was das Verfahren im Vergleich zu dem mit Bezug auf die Fig. 4 (a) bis Fig. 4 (d) erläuterten zweiten Ausführungsbeispiel und seines mit Bezug auf die Fig. 5 (a) und Fig. 5 (b) erläuterten modifizierten Bei­ spiels vereinfacht.

Im Beispiel von Fig. 6 (b) fließt die von der Kühleinheit 3 zugeführte Kühlflüssigkeit in Richtung von links nach rechts, um eine plötzliche Reduzierung des Durchflußwegs in der Kühlstrecke 4 zu verhindern, so dass die Druckzunahme der Kühlflüssigkeit vermindert wird.

Ferner wird eine Erläuterung gegeben hinsichtlich einiger Modifizierungen der die Kühlflüssigkeit umrührenden Vor­ sprünge wie die Abschnitte mit verringertem Durchmesser der Kühlstrecken 4a bis 4f, die durch Bildung einer Blindboh­ rung mit einem Durchmesser, der dem Innendurchmesser der Kühlstrecke 4 entspricht, und Bildung einer durchgehenden Bohrung mit kleinerem Durchmesser ausgebildet werden.

Zuerst können die Radiatorelemente 2a und 2b gemäß Fig. 6 (b) einer Ausfräsung des Kopfkegelwinkels von 90° oder 60° von der rechten Seite der Zeichnung unterzogen werden, um eine konische Fläche zu bilden, deren Durchmesser vom mitt­ leren Abschnitt nach beiden Enden in axialer Richtung zu­ nimmt.

Die so erzielten Abschnitte 17a und 17b mit verringertem Durchmesser sind im wesentlichen identisch mit dem Ab­ schnitt 12b mit verringertem Durchmesser gemäß Fig. 4 (d). Ferner ist es möglich, Abschnitte 17a und 17b mit verrin­ gertem Durchmesser zu bilden, die in dem mittleren Ab­ schnitt (mit Ausnahme der Endabschnitte) der Kühlstrecken 4a bis 4f als Vorsprünge dienen.

In diesem Falle wird von dem rechten Ende und linken Ende zum mittleren Abschnitt von jedem der Radiatorelemente 2a bis 2f eine Blindbohrung ausgebildet, und in der im mittle­ ren Abschnitt übrig bleibenden Wand wird eine durchgehende Bohrung ausgebildet. Wie aus dem Vorhergehenden deutlich wird, kann der Abschnitt mit verringertem Durchmesser durch Auswahl eines geeigneten Werkzeugs eine einfache flache Ausführung gemäß Fig. 6 (a) oder eine Ausführung gemäß Fig. 6 (b) mit einer konischen Fläche an einer Seite aufweisen, oder eine Ausführung besitzen, die an beiden Seiten eine konische Fläche aufweist.

Da ein Bearbeitungsverfahren von beiden Seiten erforderlich ist, wird der Wirkungsgrad des Prozesses verringert. Werden jedoch Radiatorelemente 2a bis 2f mit gleicher Ausführung hergestellt, wird der Abstand zwischen den als Vorsprünge dienenden Abschnitten mit verringertem Durchmesser durch die Breite der Radiatorelemente 2a bis 2f definiert. Folg­ lich ist es vom Standpunkt der Funktion möglich, eine Wir­ kung zu erzielen, die der von Fig. 6 (a) oder Fig. 6 (b) entspricht.

Als nächstes wird eine Erläuterung hinsichtlich eines vier­ ten Ausführungsbeispiels gegeben, in welchem eine schrau­ benförmige Nut in der Kühlstrecke 4 vorgesehen ist.

Fig. 6 (c) ist eine Querschnittsansicht des vierten Aus­ führungsbeispiels mit einer schraubenförmigen Nut in der Kühlstrecke 4. Die schraubenförmigen Nuten 20a und 20b in den Kühlstrecken 4a und 4b können ausgebildet werden, indem zum Beispiel eine durchgehende Bohrung mit einem Durchmes­ ser gebildet wird, der etwas kleiner ist als ein Zieldurch­ messer durch die Radiatorelemente 2a und 2b, und anschlie­ ßend ein Gewindeschneidvorgang durchgeführt wird, der dem normalen Schneiden von Innengewinde entspricht. Es ist mög­ lich, eine numerische Drehmaschine oder ein vollautomati­ sches Verfahren mittels eines Bearbeitungszentrums zu ver­ wenden. Es soll angemerkt werden, dass die Bezugszeichen 19a und 19b Umfangsnuten zum Aufnehmen von O-Ringen 14a und 14b sind, um Abschnitte mit verringertem Durchmesser zu bilden, und die dazu zu dienen, Flüssigkeitsleckage zu ver­ hindern. Die Radiatorelemente 2c bis 2f weisen eine Ausfüh­ rung auf, die mit der oben erwähnten identisch ist.

Die so gebildeten Radiatorelemente 2a bis 2f werden mitein­ ander befestigt, um einen einzelnen blockförmigen Radiator 2 in der gleichen Weise wie die oben erwähnten Ausführungs­ beispiele zusammenzusetzen.

Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel mit der oben erwähn­ ten Ausführung wird die in der Kühlstrecke 4 fließende Kühlflüssigkeit durch die schraubenförmigen Nuten 20a und 20b verwirbelt, um Turbulenz zu erzeugen, wodurch die Wär­ meleitfähigkeit erheblich erhöht wird.

Im Beispiel von Fig. 6 (c) werden die Vorsprünge in der Kühlstrecke 4 durch die Abschnitte mit reduziertem Durch­ messer realisiert, die durch die O-Ringe 14a und 14b sowie die schraubenförmigen Nuten gebildet sind. Es ist außerdem möglich, die Vorsprünge nur durch die schraubenförmige Nut zu realisieren, ohne die durch die O-Ringe 14a und 14b de­ finierten Vorsprünge zu verwenden. In diesem Fall braucht der blockförmige Radiator 2 nicht in Radiatorelemente 2a bis 2f geteilt zu werden, da es keine Notwendigkeit gibt, die O-Ringe 14a und 14b anzuordnen. Ferner gibt es einen Vorteil, wenn der blockförmige Radiator 2, wie es oben be­ schrieben worden ist, in die Radiatorelemente 2a bis 2f ge­ teilt ist, dass die Länge des blockförmigen Radiators 2 entsprechend der Größe des YAG-Kristalls 100 als dem Laser­ medium eingestellt werden kann.

Darüber hinaus kann die schraubenförmige Nut nicht nur im Beispiel von Fig. 6 (c) sondern auch in den Ausführungs­ beispielen angeordnet werden, die in den Fig. 4 (d), Fig. 6 (a) Fig. 6 (b) und dergleichen gezeigt sind.

Als nächstes wird auf der Basis von Simulationen eine Er­ läuterung hinsichtlich der spezifischen Wirkung der Vor­ sprünge gegeben, die in den oben erwähnten Ausführungsbei­ spielen mit verschiedenen Ausführungen genutzt werden.

Zuerst wurde experimentell ein theoretischer Wert für die Bestimmung des Strahlungsvermögens der Vorsprünge für eine Kühlvorrichtung erzielt, die keine Vorsprünge in der Kühlstrecke 4 aufweist (worauf nachstehend ein Vergleichs­ beispiel bezogen ist). Es soll angemerkt werden, dass das Vergleichsbeispiel mit der Kühlvorrichtung des ersten Aus­ führungsbeispiels von Fig. 2 mit Ausnahme der fehlenden Vorsprünge identisch ist.

Die Temperaturdifferenz zwischen der Kühlflüssigkeitstempe­ ratur (θ) und der Wand der Kühlstrecke 4 (t1) wird durch die Gleichung (1) ausgedrückt:

θ - t1 = Q/h/A (1),

in der Q eine Wärmemenge (W) eines wärmeliefernden Körpers, h ein Wärmeleitkoeffizient (W/m²K) und A die Oberfläche (m²) der Kühlstrecke 4 ist. Der Wärmeleitkoeffizient h kann durch Gleichung (2) ausgedrückt werden:

h = Nu * λ/de (2),

wobei Nu die Nusseltsche Zahl, λ die Wärmeleitfähigkeit (W/mk) und de der äquivalente hydraulische Durchmesser (m) ist. Die Nusseltsche Zahl Nu kann durch Gleichung (3) und der äquivalente hydraulische Durchmesser de durch Gleichung (4) unten ausgedrückt werden:

Nu = 0,023 * Re^0,8 Pr^0,4 Nu (3)
de = 4 * D1/ D2

Hierbei ist Re die Reynolds-Zahl, Pr die Prandtl-Zahl der Kühlflüssigkeit, D1 eine Querschnittsfläche (m²) der Kühlstrecke und D2 eine Umfangslänge (m) der Kühlstrecke. Diese Gleichungen stellen eine in der Strömung entwickelte turbulente Wärmeleitung dar und sind bekannte experimen­ telle Gleichungen einer Rohrströmung. Die Reynolds-Zahl Re kann durch Gleichung (5) ausgedrückt werden.

Re = ν * de * ρ/µ (5),

in der ν die Strömungsgeschwindigkeit (m/s), ρ die Dichte (kg/m³) und µ den Zähigkeitskoeffizienten (kgfs/m² * 10^-4) der Kühlflüssigkeit darstellen.

In dem Vergleichsbeispiel, wenn ein einzelner Körper LD zum Beispiel eine Wärme von 30 W erzeugt, und eine Kühlflüssig­ keit von 20°C mit einem Durchsatz von 1 Liter/Minute in die Kühlstrecke 4, die einen Innendurchmesser von 4 mm, eine Länge von 100 mm und keine Vorsprünge aufweist, zuge­ führt wird, ist die Temperaturdifferenz zwischen der Tempe­ ratur der Kühlflüssigkeit θ (20°C) und der Wandfläche der Kühlstrecke 4 (t1) wie folgt. Infolgedessen wird aus den oben erwähnten experimentellen Gleichungen eine Reynolds- Zahl von 4593 erzielt, und die Nusseltsche Zahl von 42,8 wird aus der Prandtl-Zahl von 7,09 erhalten. Der Wärmeleit­ koeffizient h wird aus der Gleichung (2) mit 7274 W/m²K be­ rechnet.

Folglich beträgt die Temperaturdifferenz zwischen der Kühl­ flüssigkeitstemperatur θ (20°C) und der Wandtemperatur t1 der Kühlstrecke 4 24,2°C. Dementsprechend beträgt der theoretische Wert der Wandtemperatur, wenn die Kühlstrecke 4 keine Vorsprünge aufweist, etwa 44°C.

Als nächstes wird für das Vergleichsbeispiel ohne Vor­ sprünge, wie oben erwähnt, der Temperaturanstieg der ent­ lang der Kühlstrecke 4 von stromauf nach stromab montierten LDs aus den experimentellen Gleichungen wie folgt erhalten. Zum Beispiel wird, wenn keine Vorsprünge angeordnet sind und die Länge der Durchflußstrecke kurz genug ist, um nicht durch die Reibung beeinflußt zu werden, ideale Strömung (Laminarströmung) mit hohem Kühlvermögen vorausgesetzt, der thermische Widerstand (R_gesamt) der gesamten LDs durch die Gleichung (6) ausgedrückt:

R_gesamt = 1/r * Cp * f. (6),

in der r die Dichte (kg/m³) der Kühlflüssigkeit, Cp die isopiestische, spezifische Wärme (J/kgK) und f der volume­ trische Durchsatz (m³/s) ist.

Gemäß dem Vergleichsbeispiel wird der thermische Widerstand der sechs LDs aus der Gleichung (6) mit 0,014°C/W berech­ net, wenn mit einer Temperatur der Kühlflüssigkeit von 20°C bei einem Durchsatz von 1 Liter/Minute gekühlt wird. Wie oben beschrieben wurde, beträgt die Temperaturdifferenz ΔT (Temperaturanstieg) der stromauf bis stromab entlang der Kühlstrecke 4 angeordneten LDs, wenn diese eine Gesamtwärme von 180 W erzeugen, ΔT = 0,014°C/ W * 180 W = 2,52°C. Folglich beträgt die LD-Temperaturdifferenz zwischen der stromauf gelegenen LDs und der stromab gelegenen LDs der Kühlstrecke 4 in der Kühlvorrichtung des Vergleichsbei­ spiels, das keinen Vorsprung in der Kühlstrecke aufweist, theoretisch 2,52°C.

Als nächstes wird eine Erläuterung hinsichtlich der Strah­ lungswirkung gegeben, wenn Vorsprünge vorgesehen sind wie im ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) der vorliegenden Er­ findung. Wie es oben beschrieben wurde, ist eine der Aufga­ ben der vorliegenden Erfindung, die absolute Temperatur der LDs bei hoher LD-Leistung zu reduzieren und die Nutzungs­ dauer zu erhöhen. Die zweite Aufgabe besteht darin, die Temperaturerhöhung der LDs zu unterdrücken, um die Schwin­ gungswellenlänge der LDs zur effektiven Anregung des Lasers zu steuern.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde die Wirkung der Vorsprünge durch ein Verfahren zur dreidimensionalen ther­ mischen Fluidsimulation bestimmt, die den beiden theoreti­ schen Werten (absoluter Temperaturwert und Wert der Tempe­ raturerhöhung) unter der Bedingung zugrundegelegt ist, dass keine Vorsprünge in der Kühlstrecke 4 vorgesehen sind.

Für die theoretischen Werte (die Wandtemperatur der Kühlstrecke 44°C (1) und die Temperaturdifferenz 2,5°C (2) im Vergleichsbeispiel ohne Vorsprünge in der Kühlstrecke 4) wurde das Strahlungsvermögen für zehn Modelle von Vorsprün­ gen analysiert, die unterschiedliche Höhenwerte bis zu 1,2 mm auf einer Seite des Durchmessers der Kühlstrecke von 4 mm aufweisen.

Somit wurde gefunden, dass im Vergleich zu dem theoreti­ schen Wert (44°C) der Wandtemperatur der Kühlstrecke 4, wenn in dieser keine Vorsprünge angeordnet sind, es unter den gleichen Kühlbedingungen (Wassertemperatur 20°C und Durchsatz 1 Liter/Minute) möglich ist, eine die Tempera­ turabsenkung von etwa 11°C (auf 32°C) zu erreichen, wenn die Vorsprungshöhe auf einer Seite zum Beispiel 0,8 mm be­ trägt.

Das liegt daran, dass bei einer Zunahme der Vorsprungshöhe die Turbulenzwirkung erhöht wird, die ihrerseits die Wärme­ leitung unterstützt. Damit wird das Abstrählungsvermögen im Vergleich zu dem theoretischen Wert (44°C), wenn keine Vor­ sprünge vorhanden sind, verbessert. Darüber hinaus sind in der Kühlvorrichtung nach dem vorliegenden Ausführungsbei­ spiel die Radiatorelemente 2a bis 2f in sehr hoher Dichte angeordnet, wodurch sich die Gesamtgröße der Vorrichtung reduziert, wobei die Länge der Kühlstrecke 4 kurz ist. Folglich wird die Kühlflüssigkeit nicht durch die Reibung der Wand der Kühlstrecke 4 beeinflußt und fließt mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung (wie eine Laminar­ strömung, d. h. ein die Geschwindigkeit unterstützender Ab­ stand). Das heißt, dass es mit der Ausführung ohne Vor­ sprünge unmöglich ist, eine Turbulenzwirkung zu erzielen.

Andererseits bewirken bei der Ausführung mit Vorsprung, ohne Rücksicht auf die Länge des Durchflußwegs, die örtlich angeordneten Vorsprünge zur Verringerung oder Vergrößerung des Durchflußwegs 4 eine Turbulenz der Kühlflüssigkeit.

In der Turbulenz wird durch eine unregelmäßige Bewegung ein Fluidwirbel erzeugt, wobei eine Diffusion von großen und kleinen Wirbeln einen Teil der Kühlflüssigkeit beeinflußt, der sich weit von der Wand der Kühlstrecke 4 befindet, um die Wand der Kühlstrecke 4 direkt zu erreichen, wodurch die Temperatur der montierten LDs wirksam abgesenkt wird.

Ein solches Phänomen der Wärmeleitung ist im allgemeinen als Turbulenzeffekt bekannt. Indem Vorsprünge, wie sie oben beschrieben wurden, vorgesehen werden, ist eine Verbesse­ rung des Abstrahlvermögens (um etwa 25%) möglich, ohne die Kühlausführung der LDs erheblich zu verändern. Damit ist es für die hohe Leistung der LD-Erregung möglich, eine extrem hohe Strahlungswirkung zu erzielen.

Wenn der Vorsprung höher wird, wird der Strahlungswirkungs­ grad erhöht. Wenn jedoch die Vorsprungshöhe 1 mm über­ steigt, wird der Druck in der Kühlstrecke 4 im Vergleich zu dem Fall ohne Vorsprünge plötzlich (um etwa das 12-fache = 2,1 . 10⁵ Pa) erhöht. Dies stört den Durchfluß der Kühl­ flüssigkeit, senkt den Wirkungsgrad der Strahlung und er­ höht die Belastung auf die Pumpe der Kühleinheit 3, womit ein Zuverlässigkeitsproblem verursacht wird. Folglich ist es nötig, eine Vorsprungshöhe entsprechend der maximalen Leistung der Pumpe der Kühleinheit 3 im voraus zu kennen.

Die Ergebnisse des Experiments zeigen, dass es mit einer Vorsprungshöhe von 0,8 mm für die maximale Pumpenleistung von 4, 4 . 10⁵ Pa möglich ist, die Kühlflüssigkeit (beim Durchsatz von 1 Liter/ Minute) in mehrere Kühlvorrichtungen fließen zu lassen.

Als nächstes wird eine Erläuterung hinsichtlich einer Kühl­ vorrichtung zur Erhöhung des Strahlungswirkungsgrades durch Wärmeleitung von der Wand der Kühlstrecke 4 in die LDs ein­ schließlich des optimalen Abstands von der Wand der Kühlstrecke 4 zu den LDs gegeben.

Hier wurde als optimale Struktur zur Unterdrückung der Druckzunahme in der Kühlflüssigkeit und zur Erhöhung des Strahlungswirkungsgrades ein durch die Abschnitte 12b mit verringertem Durchmesser des Ringelements 10b gemäß Fig. 5 (a) ausgebildeter Vorsprung angewandt, und es wurde ein Ex­ periment durchgeführt, indem die Vorsprungshöhe auf 0,8 mm eingestellt und der Abstand zwischen der Wand der Kühlstrecke 4 und der LDs in fünf Schritten verändert wurde.

Spezieller wurde die Kühlstrecke 4 in einem Abstand von 0,5 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm und 4 mm von den LDs angeordnet.

Das Ergebnis des Experiments zeigt, dass der Strahlungswir­ kungsgrad erheblich erhöht ist, wenn der Abstand zwischen der Kühlstrecke 4 und den LDs verringert wird. Der optimale Strahlungswirkungsgrad wurde beim Abstand von 1 mm erzielt. Im Vergleich zu dem Abstand von 4 mm wurde die Wärme der LDs um 3°C bei 30 W reduziert.

Folglich ist es bei einer Zunahme der LD-Leistung möglich, die Wirkung einer Temperatursenkung um 6°C zu erzielen, wenn die Wärmemenge von einer einzelnen Gehäuse-LD 40 W wird, und eine Temperatursenkung um etwa 9°C ist möglich, wenn die Wärmemenge einer einzelnen Gehäuse-LD 60 W wird.

Es soll angemerkt werden, dass bei einem Abstand von der LD von 0,5 mm zwischen der von der Wand der Kühlstrecke 4 nahe der LD abgegebenen Wärme und der von der Wand der Kühlstrecke 4 weit von der LD abgegebenen Wärme eine Diffe­ renz entsteht. Folglich ist die Temperatur der LD im Ver­ gleich zum Abstand von 1 mm höher.

Wie sich aus dem Vorhergehenden ergibt, ist es besser, den Abstand zwischen der Kühlstrecke 4 und der LDs auf einen optimalen Wert einzustellen, um die Wärme effektiv in die Kühlflüssigkeit zu leiten, so dass der Verwirbelungseffekt durch die in der Kühlstrecke 4 angeordneten Vorsprünge er­ höht wird, um die Wärmeleitfähigkeit zu unterstützen und die absolute LD-Temperatur abzusenken, und um die Tempera­ turzunahme der LDs an der stromauf gerichteten Seite und der LDs an der stromab gerichteten Seite durch die in der Kühlstrecke 4 erzeugten turbulenten Strömungen zu steuern.

Das Experiment wurde mit Kühlwasser bei einem Durchsatz von 1 Liter/Minute durchgeführt, das über die auf 0,8 mm einge­ stellte Vorsprungshöhe fließt, wobei eine Kühlvorrichtung mit 6 parallel angeordneten LDs genutzt wird, die jeweils die Wärmemenge von 180 W bewirken. Infolgedessen betrug die Temperatur des LD-Montageabschnitts an der stromauf gerich­ teten Seite 27,8°C und die Temperatur des LD-Montageab­ schnitts an der stromab gerichteten Seite 29,5°C, wobei die Temperaturzunahme ΔT 1,7°C betrug. Die Unregelmäßigkeit der Schwingungswellenlänge der sechs LDs betrug nur 0,5 nm oder darunter.

Die Halbleiterlaser-Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen blockförmigen Radiator, der aus ei­ nem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet ist. Auf der Außenfläche des blockförmigen Radiators sind Erregungs­ lichtquellen angebracht. Innerhalb des blockförmigen Radia­ tors in Richtung der Anordnung der Erregungslichtquellen ist eine Kühlstrecke ausgebildet. In dieser Kühlstrecke sind Vorsprünge in einem vorgegebenen Abstand angeordnet, so dass die Kühlflüssigkeit beim Fließen umgerührt wird. Folglich wird die Wärme effektiv von der Wand der Kühlstrecke in die Kühlflüssigkeit geleitet, wodurch der Kühlwirkungsgrad durch die Kühlflüssigkeit bedeutend erhöht wird.

Darüber hinaus ist es möglich, eine übliche Kühleinheit zum Zuführen der Kühlflüssigkeit zu nutzen. Dementsprechend gibt es keinen Bedarf zum Einsatz von peripheren Vorrich­ tungen.

Infolgedessen ist es mit geringen Kosten möglich, die enorme Wärme abzuführen, die erzeugt wird, wenn eine Anzahl von LDs (Laserdioden) als Erregungslichtquellen um das La­ sermedium herum mit hoher Dichte angeordnet werden, wodurch es möglich ist, einen Hochleistungslaser zu realisieren, der ein hochleistungsfähiges Erregungslicht von hoher Qua­ lität erzeugt. Ferner besitzt die Kühlvorrichtung eine starke Kühlleistung, wobei die Unregelmäßigkeiten der Schwingungswellenlänge zwischen den LDs mit der neueren Verbesserung der Herstellungstechnik von LDs reduziert wer­ den. Folglich ist gesichert, dass die Werte der Schwin­ gungswellenlänge von mehreren Erregungslichtquellen gleich­ mäßig sind, um eine hocheffiziente Schwingung des Laserme­ diums und einen hochleistungsfähigen, stabilen Laser zu er­ zielen.

Ferner besteht der blockförmige Radiator, der den Hauptteil der Kühlvorrichtung bildet, aus mehreren Radiatorelementen, die jeweils einer Erregungslichtquelle entsprechen, wobei in der zwischen den Radiatorelementen vorgesehenen Umfangs­ nut als elastomeres Element ein Ringelement fixiert ist, das von beiden Seiten zusammengedrückt wird, um seinen In­ nendurchmesser zu reduzieren und einen Vorsprung zu bilden. Damit ist es möglich, den Vorsprung in der Kühlstrecke durch einen Bearbeitungsschritt der Umfangsnut, einen Schritt zur Fixierung des Ringelements und die Verbindung der Radiatorelemente miteinander leicht auszubilden.

Hierbei ist es möglich, einen auf dem Markt erhältlichen O- Ring oder dergleichen als elastomeres Ringelement zu ver­ wenden. Dieser O-Ring dient außerdem als ein Flüssigkeits­ leckage verhinderndes Mittel des blockförmigen Radiators, wobei die Notwendigkeit, ein Flüssigkeitsleckage verhin­ derndes, separates Element herzustellen, ausgeschlossen wird, wodurch es möglich ist, die Kühlvorrichtung mit ver­ nünftigen Kosten bereitzustellen.

Darüber hinaus kann der Innendurchmesser des Ringelements, d. h. die Vorsprungsgröße des Vorsprungs eingestellt wer­ den, indem die Kompressionsgröße des Ringelements durch Än­ derung der Tiefe der kreisförmigen Nut oder der Kompressi­ onskraft eingestellt wird. Damit ist es möglich, einen Vor­ sprung entsprechend der Umrührfunktion der benötigten Kühl­ flüssigkeit leicht auszubilden, um eine Temperatursteuerung zur Einstellung der Schwingungswellenlänge sowie eine Tem­ peratursteuerung zum Kühlen durchzuführen. Ebenso ist es möglich, den Innendurchmesser des Ringelements entsprechend der Pumpenleistung der Kühleinheit einzustellen.

Da der blockförmige Radiator aus mehreren Radiatorelementen besteht, die den jeweiligen Erregungslichtquellen entspre­ chen, ist es ferner möglich, eine der Größe des Lasermedi­ ums entsprechende Erregungslichtquelle leicht anzuordnen mittels einer einfachen Arbeit durch Änderung der Anzahl der Radiatorelemente.

Überdies ist es möglich, in der Kühlstrecke Vorsprünge mit der einfachen Ausführung zu bilden, dass eine der Öffnungen von jedem Radiatorelement im Durchmesser verringert ist.

Die Abschnitte mit verringertem Durchmesser in der Kühlstrecke der Radiatorelemente können ausgebildet werden, indem Ringelemente mit einem Innendurchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser der Kühlstrecke ist, angebracht werden. In diesem Falle können die die Abschnitte mit ver­ ringertem Durchmesser bildenden Ringelemente getrennt von den Radiatorelementen bearbeitet werden, was die gesamte Formgebungsarbeit vereinfacht.

Ferner ist es auch möglich, einen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser zu bilden, der als Vorsprung dient, indem der Arbeitsvorgang für eine Blindbohrung mit einem Durchmesser, der dem Innendurchmesser der Kühlstrecke entspricht, in Verbindung mit dem Arbeitsvorgang für eine durchgehende Bohrung mit einem kleinen Durchmesser genutzt wird. In die­ sem Falle wird der Bearbeitungsvorgang nur an dem Innenteil des zu entfernenden Radiatorelements durchgeführt, wodurch ein Vorteil der Einsparung von Material zum Herstellen des Radiatorelements bewirkt wird.

Darüber hinaus ist es möglich, eine plötzliche Verringerung oder Vergrößerung des Durchflußwegs in der Kühlstrecke zu verhindern, indem im Abschnitt mit reduziertem Durchmesser eine konische Fläche, deren Durchmesser von dem mittleren Abschnitt nach beiden Seiten hin zunimmt, oder eine koni­ sche Fläche, deren Durchmesser von einem Ende zu dem ande­ ren Ende hin zunimmt, ausgebildet wird, wodurch die Bela­ stung auf die Pumpe in der Kühleinheit verringert wird.

Ferner ist es möglich, die Kühlflüssigkeit zur Erzeugung von großen und kleinen Turbulenzwirbeln umzurühren, wodurch die Wärmeleitung unterstützt wird, die es ermöglicht, eine hocheffektive Kühlfunktion zu erzielen, indem ein wegge­ schnittenes Teilstück in einer vorgegebenen Umfangsteilung in diesem Abschnitt mit verringertem Durchmesser ausgebil­ det wird.

Dadurch, dass in der Kühlstrecke eine schraubenförmige Nut vorgesehen ist, ist es auch außerdem möglich, das Umrühr­ vermögen weiter zu verbessern, wodurch die Wärmeleitfähig­ keit des blockförmigen Radiators erheblich verbessert wird.

Die Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausge­ führt werden, ohne von ihrem Geist oder ihrer wesentlichen Eigenschaft abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsbei­ spiele sind deshalb in allen Belangen als veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten, wobei der Umfang der Erfindung anstelle durch die vorhergehende Beschreibung durch die angefügten Ansprüche angegeben ist, und es beab­ sichtigt ist, dass alle Änderungen, die zur Bedeutung und zum Bereich von Äquivalenz der Ansprüche gehören, darin um­ faßt werden.

Die gesamte Offenlegung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-045878 (eingereicht am 23. Februar 2000) einschließ­ lich der Beschreibung, Ansprüche Zeichnungen und Zusammen­ fassung sind hier durch Bezug in ihrer Gesamtheit einbezo­ gen.

Claims (10)

1. Halbleiterlaser-Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Anzahl von Erregungslichtquellen, die parallel zu einem Laserme­ dium und/oder um dieses herum angeordnet sind,
wobei die Vorrichtung einen blockförmigen Radiator aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit umfaßt, und die Erregungslichtquellen auf einer Außenfläche desselben ange­ ordnet sind,
wobei der blockförmige Radiator eine Kühlstrecke ent­ hält, die sich in Längsrichtung der Anordnung der Erre­ gungslichtquellen erstreckt, in der Vorsprünge in vorgege­ benen Abständen gebildet sind, und deren Öffnungen an bei­ den Enden mit einer Kühleinheit zur Zuführung einer Kühl­ flüssigkeit verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der blockförmige Radiator aus einer Anzahl von Radiatorelementen besteht, von denen jedes einer der Erregungslichtquellen entspricht,
wobei die Kühlstrecke sich durch alle Radiatorelemente erstreckt,
und wobei in mindestens einer der Öffnungen der Kühlstrecke in jedem der Radiatorelemente eine Umfangsnut ausgebildet und ein elastomerer Ring in die Umfangsnut ein­ gesetzt ist,
und wobei die Radiatorelemente in der Richtung der An­ ordnung der Erregungslichtquellen aneinandergefügt und an­ einander befestigt sind, derart, daß jeder elastomere Ring durch die jeweils angrenzenden Radiatorelemente zusammenge­ drückt und elastisch verformt wird, wodurch der Innendurch­ messer des Rings verringert und damit die Vorsprünge in vorgegebenen Abständen gebildet werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der blockförmige Radiator aus einer Anzahl von Radiätorelementen besteht, die je einer der Erregungslichtquelle entsprechen,
wobei die Kühlstrecke sich durch alle Radiatorelemente erstreckt,
wobei eine der Öffnungen der Kühlstrecke in jedem der Radiatorelemente einen verringerten Durchmesser aufweist und
wobei die Radiatorelemente in der Richtung der Anord­ nung der Erregungslichtquellen aneinander gefügt und anein­ ander befestigt sind,
wodurch die Vorsprünge in vorgegebenen Abständen gebil­ det werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der eine Umfangsnut in mindestens einer der Öffnungen der Kühlstrecke in jedem der Radiatorelemente gebildet ist und in die Nut ein Ringele­ ment eingesetzt ist, dessen Innendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Kühlstrecke ist, wodurch der Durchmesser der Öffnung verringert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Durchmesser der Öffnung verringert ist durch Ausbildung einer Blindbohrung, deren Durchmesser dem der Kühlstrecke entspricht, und Aus­ bildung einer durchgehenden Bohrung mit einem kleineren Durchmesser als der der Blindbohrung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei der der Ab­ schnitt mit verringertem Durchmesser der Öffnung eine koni­ sche Fläche aufweist, deren Durchmesser von der Mitte des Abschnitts mit verringertem Durchmesser aus in die Axial­ richtung nach beiden Seiten hin zunimmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei der der im Durchmesser verringerte Abschnitt der Öffnung eine konische Fläche aufweist, deren Durchmesser in der Axialrichtung des im Durchmesser verringerten Abschnitts von einem Ende zum anderen zunimmt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei der eine An­ zahl von voneinander getrennten Kanälen vorgesehen sind, die durch den Verengungsbereich der Öffnung in Axialrich­ tung durchgehend ausgebildet sind und in vorgegebenen Ab­ ständen um den Umfang verteilt angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei der zwischen den Radiatorelementen jeweils ein O-Ring angeordnet ist, um Flüssigkeitsleckage zu verhindern.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Kühlstrecke schraubenförmig genutet ist.