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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Festkörper-Laservorrichtung,
die die Kondensation von Tau innerhalb eines Gehäuses verhindern kann, in welchem
sich eine Laserdiode und ein Lasermedium befinden.
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Stand der Technik
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Eine herkömmliche Festkörper-Laservorrichtung
wird mit Bezug auf die 5 bis 7 beschrieben.
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5 ist
ein schematisches Diagramm, das eine herkömmliche Festkörper-Laservorrichtung zeigt
sowie den Weg eines Laserstrahls, der von der Festkörper-Laservorrichtung
emittiert wird.
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In 5 bezeichnet
Bezugsziffer 1 einen Oszillatorkopf; 2 einen Resonator; 3 einen
partiellen Reflektor; 4 einen vollständigen Reflektor; 5 ein
LD-Modul als Anregungslichtquelle; 6 ein Lasermedium als Anregungsmedium; 7 ein
Gehäuse
(im Folgenden, wo nötig,
als "Hohlraum" bezeichnet), in
welchem das LD-Modul 5 und das Lasermedium 6 untergebracht
sind; 8 einen von dem Resonator 2 ausgesandten
Laserstrahl; 9 eine Expansionslinse; 10 eine Kollimatorlinse; 11 einen
Strahlverschluss; 20 eine Kondensatorlinse; 21 einen
Lichtleiterhalter; 22 einen aus der Kondensatorlinse 20 und
dem Lichtleiterhalter 21 ausgeformten Lichtleiter- Eintrittsabschnitt; 23 einen
Lichtleiter und 24 einen Bearbeitungskopf.
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Der Laseroszillationsvorgang wird
nun beschrieben. Innerhalb des Resonators 2 in 5 wird das Lasermedium 6 durch
von, dem LD-Modul 5 emittiertes Anregungslicht angeregt,
und die Laseroszillation beginnt unter Verwendung des partiellen Reflektors 3 und
des vollständigen
Reflektors 4, die so vorgesehen sind, dass sie das Lasermedium 6 sandwichartig
zwischen sich anordnen. Der Laserstrahl 8, emittiert von
dem Resonator 2, wird expandiert, während er durch die Expansionslinse 9 hindurchtritt,
und er wird verändert,
indem er durch die Kollimatorlinse 10 und den Strahlverschluss 11 hindurchtritt,
und zwar zu parallelen Laserstrahlen 8, die in den Lichtleiter-Eintrittsabschnitt 22 eintreten.
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Die in den Lichtleiter-Eintrittsabschnitt 22 einfallenden
parallelen Laserstrahlen 8 werden mittels der Kondensatorlinse 20 des
Lichtleiter-Eintrittsabschnitts 22 kondensiert und treten
in ein Ende des Lichtleiters 23 ein, der von dem Lichtleiterhalter 21 gehalten
wird, und zwar als kondensierter Strahl, der innerhalb des Lichtleiters 23 weitergeführt wird.
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Der Laserstrahl 8 wird,
nachdem er durch den Lichtleiter 23 hindurchgetreten ist,
am anderen Ende des Lichtleiters 23 ausgegeben, welches
mit dem Bearbeitungskopf 24 verbunden ist, und er wird für einen
Bearbeitungsvorgang verwendet.
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6 ist
ein schematisches Diagramm, das den Aufbau des Hohlraums 7 zeigt,
und 7 ist ein schematisches
Diagramm, das die Struktur des LD-Moduls 5 zeigt. In 6 ist (a) eine Vorderansicht und (b) eine
Seitenansicht. Die Bezugsziffer 33 bezeichnet einen aus
einem reflektierenden Element gebildeten Kondensator; 34 eine in
dem Kondensator 33 ausgeformte Lücke; 35 eine Leitung
und 36 einen Leitungsanschluss, durch welchen hindurch Kühlwasser, zugeführt mittels
einer Kühlwasserversorgungseinrichtung
(nicht dargestellt), strömt
und das LD-Modul 5 und das Lasermedium 6 kühlt.
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Die Bezugsziffer 40 bezeichnet
eine Laserdiode (im Folgenden, wenn nötig, als "LD" bezeichnet) zum
Erzeugen des Anregungslichts; und 41 bezeichnet eine Wärmesenke
zum Halten und Kühlen
der LD 40. Die Wärmesenke 41,
mit welcher der Leitungsanschluss 36 und der Leitungsdraht 43a verbunden sind,
ist so ausgestaltet, dass Kühlwasser,
zugeführt mittels
der Leitung 35, in sie hinein und durch sie hindurch strömt. Eine
Elektrode 42, verbunden mit einem Leitungsdraht 43b,
führt von
einer Laserdiodenenergiequelle (nicht dargestellt) zur Verfügung gestellte
Energie zu.
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Die Eigenschaften der LD 40,
insbesondere eine für
die YAG-Anregung
wichtige Wellenlänge, verändern sich,
wenn die Temperatur des Kühlwassers,
welches das LD-Modul 5 kühlt, eingestellt wird, um eine
konstante Temperatur beizubehalten. Für die LD 40 wird die
Anregungseffizienz verbessert, wenn die Temperatur des Wassers reduziert
wird; unter Berücksichtigung
der Flüssigkeitskondensation, die
in dem Kühlsystem
bei hohen Temperaturen auftritt, tendiert jedoch die Temperatur,
die für
das Wasser gesetzt wird, dazu, in einen Bereich von 20°C bis 25°C zu fallen.
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Die Arbeitsweise des LD-Moduls 5 wird
nun beschrieben. Wenn die LD 40 durch die Elektrode 42 mittels
der Laserdiodenenergiequelle mit Energie versorgt wird, emittiert
die LD 40 Licht und erzeugt auch Wärme. Die erzeugte Wärme wird.
zu der Wärmesenke 41 übertragen
und wird mittels des über
die Wärmesenke 41 hinüberströmenden Kühlwassers abgesenkt.
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Das emittierte LD-Licht tritt durch
die Lücke 34 des
Kondensators 33 in 6 hindurch
und wird zu dem inneren zylindrischen Bereich des Kondensators 33 geführt. Dann
tritt das Licht durch eine Flussröhre (nicht dargestellt) hindurch
und wird von dem Lasermedium 6 absorbiert und regt das
Lasermedium 6 an. Nachdem das Lasermedium 6 angeregt worden
ist, wird der Laserstrahl zum Schwingen gebracht.
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Da bei der Absorption des LD-Lichts
das Lasermedium 6 nicht nur mit der Laseroszillation beginnt,
sondern auch Wärme
erzeugt, wird das Lasermedium 6 durch das zwischen der
Flussröhre
und dem Lasermedium 6 strömende Kühlwasser abgekühlt.
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Das Innere des Hohlraums 7 bildet
eine halbgeschlossene Struktur zum Blockieren des Eintritts von
Schmutz, um so zu verhindern, dass Schmutz an der LD 40 anhaftet.
Der Eintritt von in der Atmosphäre
vorhandenem Wasser in den Hohlraum 7 hinein ist jedoch
unvermeidbar. Außerdem
ist es für
die Festkörper-Laservorrichtung,
anders als bei einer Gas-Laservorrichtung,
nicht immer notwendig, dass der Hohlraum 7 in dem Vakuumzustand
im Wesentlichen geschlossen ist, und dies wird normalerweise aufgrund
von Kosten etc. auch nicht ausgeführt. Wenn die umgebende Atmosphäre eine
große
Menge Wasser beinhaltet, tritt daher Wasser nach und nach in den
montierten Hohlraum 7 ein. Wenn das Kühlwasser bei der Kühlwasserleitung
in den Hohlraum 7 geringfügig durchdringt, steigt die
Menge von Wasser in dem Hohlraum 7 außerdem noch mehr an.
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Wenn die Lufttemperatur in dem Hohlraum 7 verändert wird,
verändert
sich die relative Luftfeuchtigkeit, weil die absolute Luftfeuchtigkeit
im Wesentlichen konstant ist. Wenn sich die Temperatur reduziert,
steigt die relative Luftfeuchtigkeit, so dass, wenn die Vorrichtung
bei einer hohen Temperatur aktiviert wird oder bei einer niedrigen
Temperatur angehalten wird, eine Taukondensation bei den die LD 40 umgebenden
Teilen auftreten wird, wie beispielsweise bei der Wärmesenke 41 und
einem Hilfsanbringbereich (nicht dargestellt) sowie der LD 40.
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Wenn bei der LD 40 eine
Taukondensation auftritt, verschmutzt der Lichtemissionsbereich
der LD 40 leicht. Als Ergebnis wird der Lichtemissionsbereich
aufgrund des Schmutzes staubig und fleckig, und die Ausgabe der
LD 40 verschlechtert sich oder wird instabil. Außerdem verursacht
die Taukondensation bei der Wärmesenke
(41) und dem Hilfsanbringbereich Korrosion an diesen Stellen.
Innerhalb eines längeren
Zeitraums bedeckt dann ein saprophager Organismus den Lichtemissionsbereich
der LD 40, was zu einer Verschlechterung der Ausgabe führt, und
nachdem dieser Organismus gewachsen ist, kann ein Kurzschluss erzeugt
werden, der die Emission von Licht durch die LD 40 unmöglich macht. Wenn
die Ausgabe der LD 40 reduziert wird, wird demzufolge die
Laserausgabe des Resonators 2 reduziert.
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Wie oben beschrieben, verursacht
bei der herkömmlichen
Festkörper-Laservorrichtung
die Taukondensation in dem Hohlraum 7 nicht nur eine Reduktion
in der Ausgabe und die Destabilisierung der LD 40, sondern
auch eine Reduktion und Destabilisierung der Ausgabe des oszillierten
Laserstrahls. So hat sich ein Problem ergeben, dass die Taukondensation
innerhalb des Hohlraums 7 einschließlich der LD 40 verhindert
werden muss.
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Offenbarung der Erfindung
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Um dieses Problem zu lösen, ist
es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Festkörper-Laservorrichtung
zu schaffen, die die Kondensation von Taukondensation innerhalb
eines Gehäuses
(eines Hohlraums) verhindern kann, in welchem sich eine Laserdiode
und ein Lasermedium befinden.
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Gemäß einer ersten Erfindung weist
eine Festkörper-Laservorrichtung
folgendes auf: ein Gehäuse
zum Unterbringen einer Laserdiode und eines mittels der Laserdiode
anzuregenden Lasermediums; sowie Mittel zum Entfernen von Wasser
aus dem Inneren des Gehäuses.
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Gemäß einer zweiten Erfindung weist
eine Festkörper-Laservorrichtung
folgendes auf: ein Gehäuse
zum Unterbringen einer Laserdiode und eines mittels der Laserdiode
anzuregenden Lasermediums; und eine Aufbewahrungseinheit zum Kommunizieren
mit dem Gehäuse
und zum Unterbringen eines Trockenmittels darin, wobei eine feuchtigkeitsdurchlässige Folie
an dem Bereich ausgeformt ist, in welchem das Gehäuse und
die Aufbewahrungseinheit miteinander kommunizieren.
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Gemäß einer dritten Erfindung wird,
für eine Festkörper-Laservorrichtung,
Silikagel als Trockenmittel verwendet und in einem feuchtigkeitsdurchlässigen Beutel
vorgesehen.
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Gemäß einer vierten Erfindung kommuniziert für eine Festkörper-Laservorrichtung
die Aufbewahrungseinheit mit Mitteln zum Zuführen von trocknender Luft.
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Gemäß einer fünften Erfindung ist, für eine Festkörper-Laservorrichtung,
ein Öffnungs-/Schließdeckel
für die
Aufbewahrungseinheit vorgesehen, der aus einem transparenten Material
besteht.
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Gemäß einer sechsten Erfindung
besteht, für eine
Festkörper-Laservorrichtung,
die feuchtigkeitsdurchlässige
Folie aus einer porösen
Folie oder einer Schichtung aus der porösen Folie und einem Verstärkungsmaterial.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines Hohlraums in einer
Festkörper-Laservorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Diagramm, das eine für
die Festkörper-Laservorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendete feuchtigkeitsdurchlässige Folie
zeigt;
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3 ist
ein schematisches Diagramm, das den Aufbau des Hohlraums einer Festkörper-Laservorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist
ein schematisches Diagramm, das den Aufbau des Hohlraums einer Festkörper-Laservorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist
ein schematisches Diagramm, das den Aufbau des Hohlraums einer herkömmlichen Festkörper-Laservorrichtung
und den Weg eines Laserstrahls zeigt;
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6 ist
ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines Hohlraums in der
herkömmlichen Festkörper-Laservorrichtung
zeigt; und
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7 ist
ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines LD-Moduls eines
Festkörper-Laseroszillators
zeigt.
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Beste Wege zur Ausführung der Erfindung
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Erste Ausführungsform
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Die Konfiguration und Arbeitsweise
einer Festkörper-Laservorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben.
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1 ist
ein Diagramm, das die Konfiguration eines Hohlraums in der Festkörper-Laservorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei (a) eine Vorderansicht und
(b) eine Seitenansicht ist.
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In 1 sind
Unterschiede bezüglich
der herkömmlichen
Vorrichtung, dass eine Aufbewahrungseinheit 70 vorgesehen
ist und durch eine Öffnung 73,
die ein Kommunikationsbereich ist, mit einem Hohlraum 17 kommuniziert,
wo sich eine LD 40 befindet, und dass ein Trockenmittel 71 in
der Aufbewahrungseinheit 70 vorgesehen ist, und dass eine feuchtigkeitsdurchlässige Folie 72 zum
Verhindern von Schmutz an Öffnungen 73 ausgebildet
ist, die zwischen der Aufbewahrungseinheit 70 und dem Hohlraum 17 ausgeformt
sind, und dass ein Deckel 74 für die Aufbewahrungseinheit 70 vorgesehen
ist, um den Austausch des Trockenmittels 71 zu erleichtern.
Da die anderen Bereiche im Wesentlichen gleich wie bei der herkömmlichen
Vorrichtung sind, wird auf eine detaillierte Erläuterung dieser Bereiche verzichtet.
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Nun wird die Arbeitsweise beschrieben.
In dem in 1 gezeigten
Hohlraum 17 absorbiert das Trockenmittel 71, wie
beispielsweise Silikagel, das in der Aufbewahrungseinheit 70 vorhanden
ist, Wasser und reduziert die Luftfeuchtigkeit darin. Wenn es einen
Unterschied in der internen Luftfeuchtigkeit zwischen der Aufbewahrungseinheit 70 und
dem Hohlraum 17 gibt, tritt Wasser durch die feuchtigkeitsdurchlässige Folie 72 hindurch
und wird zum Inneren der Aufbewahrungseinheit 70 befördert, so
dass die Luftfeuchtigkeit innerhalb des Hohlraums 17 reduziert
wird und die Kondensation von Tau in dem Hohlraum verhindert wird.
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Es sollte berücksichtigt werden, dass Partikel
durch Reibung von dem Trockenmittel 71 erzeugt werden.
Wenn diese Partikel in den Hohlraum 17 eintreten, verursachen
sie eine Kontaminierung der Oberfläche der LD 40. Da
jedoch die feuchtigkeitsdurchlässige
und schmutzverhindernde Folie 72 zwischen der Aufbewahrungseinheit 70 und
dem Hohlraum 17 ausgeformt ist, werden die in der Aufbewahrungseinheit 70 erzeugten
Partikel nicht in den Hohlraum 17 eintreten.
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Außerdem muss das Trockenmittel 71 in
gewissen Abständen
ausgetauscht werden, und der Deckel 74 muss geöffnet werden,
um die Aufbewahrungseinheit 70 freizugeben. Dabei könnte Staub
in der Luft in die Aufbewahrungseinheit 70 eintreten; dies
kann jedoch mittels der Folie 72 verhindert werden, und
daher gerät
der Staub nicht in den Hohlraum 17 hinein.
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Mit der oben beschriebenen Ausgestaltung ist
es möglich,
eine verlässliche
Festkörper-Laservorrichtung
zu schaffen, die eine Kontaminierung aufgrund von Staubpartikeln
verhindern kann und die Luftfeuchtigkeit in dem Hohlraum 17 reduzieren kann,
in welchem die LD 40 angebracht ist, und die die Taukondensation
in der LD 40 verhindern kann, die Reduzierung der Laserausgabe
sowie das Auftreten eines Ausfalls der LD 40.
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Die feuchtigkeitsdurchlässige Folie 72,
die für
die erfindungsgemäße Festkörper-Laservorrichtung
verwendet wird, ist in den 2(a), 2(b) und 2(c) gezeigt.
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In 2(a) besteht
die feuchtigkeitsdurchlässige
Folie 72 beispielsweise aus einem Fluoridkunstharz, welches
eine poröse
Folie 72a ist, wie beispielsweise Goretex, Microtex oder
Poreflon (Produktbezeichnung). Die Folie 72a hat Belüftungsöffnungen
in der Größenordnung
von unter einem Mikron, und sie filtert zufriedenstellend flüssiges Wasser
und feste Partikel, während
sie den Durchtritt von Wasserdampf ermöglicht. Daher kann das Eintreten eines
kontaminierenden Materials von der Aufbewahrungseinheit 70 in
den Hohlraum 17 verhindert werden, während eine hohe Feuchtigkeitsdurchlässigkeit
erhalten bleibt.
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Die Folie 72a ist schwach
ausgebildet, denn wenn sie hergestellt wird, ist sie weich und dünn, normalerweise
0,5 mm oder weniger, so dass sie die Feuchtigkeitsdurchlassfunktion
besser beibehalten kann. Daher ist die Folie 72a selbst
nicht ausreichend stark und kann zerreißen, wenn eine Kraft auf sie ausgeübt wird,
beispielsweise wenn sie aus Versehen mit einem Werkzeug gestreift
wird, wenn das Trockenmittel ausgetauscht wird. Wie in 2(b) dargestellt, ist daher
ein starkes nichtgewobenes Textilmaterial oder ein Textmaterial 72b auf
die Folie 72a laminiert, so dass eine ausreichende Festigkeit für die gesamte
Folie 72 sichergestellt werden kann und eine verlässlichere
Folie 72 ausgeformt werden kann. Außerdem ist, wie es in 2(c) dargestellt ist, die
Folie 72 so ausgestaltet, dass ein starkes nicht-gewobenes
Textilmaterial oder Textilmaterial 72b mit einem feuchtigkeitsdurchlässigen Beschichtungsmaterial 72c,
wie beispielsweise Polyurethan bedeckt ist, so dass die gleichen
Effekte erzielt werden können.
In 2(b) ist das starke
nicht-gewobene Textilmaterial oder Textilmaterial 72(b) auf
beiden Seiten der Folie 72 laminiert; es kann jedoch auch nur
auf einer Seite auflaminiert sein. Außerdem können auch mehrere Lagen laminiert
oder beschichtet werden.
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Zweite Ausführungsform
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3 ist
ein Diagramm, das den Aufbau eines Hohlraums für eine Festkörper-Laservorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. In 3 ist
das Trockenmittel Silikagel, und anders als in der ersten Ausführungsform befindet
es sich in einem Beutel 75. Da der Beutel 75 aus
einem feuchtigkeitsdurchlässigen
Material besteht und auch zu einem gewissen Grad sicherstellen kann,
dass nicht die Gefahr besteht, dass Silikagelpartikel verstreut
werden, ist es einfach, das Trockenmittel 71 zu handhaben,
wenn es ausgetauscht wird.
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Dritte Ausführungsform
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4 ist
ein Diagramm, das den Aufbau eines Hohlraums 17 für eine Festkörper-Laservorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. In 4 beinhaltet
eine Aufbewahrungseinheit 70 folgendes: eine Lufteinlassöffnung 77,
zu welcher ein Trockengas, wie beispielsweise Stickstoff von Trockengaszuführmitteln 76 entlang
einer Lufteinlassleitung 79a befördert wird; und eine Luftauslassöffnung 78,
aus welcher Wasser, das von der Aufbewahrungseinheit 70 ausgelassenes Gas
beinhaltet, zu einer Auslassleitung 79b befördert wird.
Ein Rückström-Verhinderungsventil 80 ist
für die
Auslassleitung 79b vorgesehen.
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Eine Eigenschaft des Trockenmittels 71,
wie beispielsweise des Silikagels, ist, dass es Wasser absorbiert,
wenn die umgebende Luftfeuchtigkeit hoch ist, während es absorbiertes Wasser
abgibt, wenn die umgebende Luftfeuchtigkeit gering ist. Wenn trocknendes
Stickstoffgas oder trocknende Luft durch die Lufteinlassöffnung 77 hindurch
zugeführt
wird, wird die Luftfeuchtigkeit innerhalb der Aufbewahrungseinheit 70 sehr
stark abgesenkt, und das Trockenmittel 71 gibt absorbiertes
Wasser ab. Das absorbierte Wasser wird zusammen mit dem Gas von
der Luftauslassöffnung 78 durch
das Rückstromverhinderungsventil 80 nach
außerhalb
der Aufbewahrungseinheit 70 befördert.
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Mit dieser Konfiguration braucht
das Trockengas, wenn oder bevor das Trockenmittel 71, das Wasser
absorbiert hat, ausgetauscht werden muss, nur verteilt zu werden,
um das Trockenmittel 71 zu recyceln. Als Ergebnis kann
die Frequenz, mit welcher das Trockenmittel 71 ausgetauscht
werden muss, reduziert werden.
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Außerdem kann in jeder Ausführungsform der
Deckel 74 der Aufbewahrungseinheit 70 aus einem
transparenten Material gebildet sein, wodurch ein Beobachten des
Zustands des Trockenmittels 71 von außerhalb der Aufbewahrungseinheit 70 möglich wird.
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Es gibt eine Art von Trockenmittel 71,
wie beispielsweise Silikagel, das sich entfärbt, wenn es Wasser absorbiert,
so dass abhängig
von der Entfärbung
das Ablaufen der Lebensdauer (der gesättigte Zustand, in welchem
kein Wasser mehr absorbiert werden kann) identifiziert werden kann.
Wenn der Deckel 74 der Aufbewahrungseinheit 70 aus
einem transparenten Material gemacht ist, kann die Farbe des Trockenmittels 71 von
außerhalb
des Hohlraums 17 beobachtet werden, ohne dass der Deckel 74 geöffnet werden
muss, und die Zeit des Austausches kann bestimmt werden.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Wie oben beschrieben, kann die Festkörper-Laservorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Kondensation von Flüssigkeit innerhalb eines Gehäuses verhindern,
in welchem sich eine Laserdiode und ein Lasermaterial befinden.
Daher kann eine verlässliche
Festkörper-Laservorrichtung
geschaffen werden.
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Zusammenfassung
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Eine Festkörper-Laservorrichtung beinhaltet einen
Hohlraum (17) zum Unterbringen einer Laserdiode (40)
und eines mittels der Laserdiode (40) anzuregenden Lasermediums
(6), und eine Aufbewahrungseinheit (70) zum Kommunizieren
mit dem Hohlraum (17) und zum Unterbringen eines Trockenmittels
(71) darin. Eine feuchtigkeitsdurchlässige Folie (72) ist
an Öffnungen
(73) ausgebildet, über
welche der Hohlraum (17) und die Aufbewahrungseinheit (70)
miteinander kommunizieren.