DE102017102143A1

DE102017102143A1 - Laseroszillationsvorrichtung mit Lasermedium-Zirkulationsrohr

Info

Publication number: DE102017102143A1
Application number: DE102017102143.4A
Authority: DE
Inventors: Tetsuhisa Takazane
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-02-08
Filing date: 2017-02-03
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2037-02-04
Also published as: CN107046218A; JP6378221B2; DE102017102143B4; JP2017143107A; US9882339B2; US20170229833A1; CN107046218B

Abstract

Eine Laseroszillationsvorrichtung kann verhindern, dass sich ein Lasermedium-Zirkulationsrohr ausdehnt. Die Laseroszillationsvorrichtung weist ein Resonatorteil, das eine Einführöffnung, durch welche ein Lasermedium eingeführt wird, und eine Abgabeöffnung, aus welcher das Lasermedium abgegeben wird, aufweist und einen Laserstrahl erzeugt, ein Lasermedium-Zirkulationsrohr, dessen eines Ende mit der Einführöffnung verbunden ist und dessen anderes Ende mit der Abgabeöffnung verbunden ist, ein Gebläse, das in dem Lasermedium-Zirkulationsrohr angeordnet ist, um das Lasermedium zirkulieren zu lassen, sodass das Lasermedium aus der Einführöffnung in das Resonatorteil eingeführt wird und das Lasermedium aus der Abgabeöffnung in das Resonatorteil abgegeben wird, und einen Wärmeisoliermechanismus auf, der in dem Lasermedium-Zirkulationsrohr vorgesehen ist, um eine Wärmeleitung zwischen dem Lasermedium, das durch das Lasermedium-Zirkulationsrohr strömt, und dem Lasermedium-Zirkulationsrohr zu blockieren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Laseroszillationsvorrichtung, die mit einem Lasermedium-Zirkulationsrohr versehen ist.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Eine Laseroszillationsvorrichtung, die ein Lasermedium-Zirkulationsrohr und ein Gebläse aufweist, um ein Lasermedium zirkulieren zu lassen, das einem Resonatorteil zum Erzeugen eines Laserstrahls zugeführt wird, ist bekannt (siehe zum Beispiel die ungeprüfte japanische Patentanmeldung (Kokai) mit Veröffentlichungsnummer 7-231129 ).
Die Temperatur des Lasermediums, das aus dem Resonatorteil abgegeben wird, das einen elektrischen Strom entlädt, nimmt tendenziell zu. Ein solches Lasermedium mit der erhöhten Temperatur erwärmt das Lasermedium-Zirkulationsrohr und somit kann das Lasermedium-Zirkulationsrohr thermisch ausgedehnt werden. Eine solche Ausdehnung des Lasermedium-Zirkulationsrohrs kann Komponenten des Resonatorteils bewegen, weshalb demzufolge die Vermeidung der Ausdehnung erwünscht ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Laseroszillationsvorrichtung ein Resonatorteil, das eine Einführöffnung, durch welche ein Lasermedium eingeführt wird, und eine Abgabeöffnung aufweist, aus welcher das Lasermedium abgegeben wird, wobei das Resonatorteil einen Laserstrahl erzeugt; und ein Lasermedium-Zirkulationsrohr, dessen eines Ende mit der Einführöffnung verbunden ist und dessen anderes Ende mit der Abgabeöffnung verbunden ist.
Die Laseroszillationsvorrichtung umfasst auch ein Gebläse, das in dem Lasermedium-Zirkulationsrohr angeordnet und zum Strömenlassen des Lasermediums konfiguriert ist, sodass das Lasermedium in das Resonatorteil durch die Einführöffnung eingeführt wird und sodass das Lasermedium, das in das Resonatorteil eingeführt wird, aus der Abgabeöffnung abgegeben wird; und einen Wärmeisoliermechanismus, der in dem Lasermedium-Zirkulationsrohr vorgesehen und zum Blockieren der Wärmeleitung zwischen dem Lasermedium, das durch das Lasermedium-Zirkulationsrohr strömt, und dem Lasermedium-Zirkulationsrohr konfiguriert ist.
Der Wärmeisoliermechanismus kann über einem Abschnitt zwischen dem anderen Ende des Lasermedium-Zirkulationsrohrs und einer Position in dem Lasermedium-Zirkulationsrohr stromabwärts des anderen Endes des Lasermedium-Zirkulationsrohrs vorgesehen sein. Der Wärmeisoliermechanismus kann ein Wärmeisoliermaterial aufweisen, das an einer inneren Oberfläche des Lasermedium-Zirkulationsrohrs befestigt ist.
Der Wärmeisoliermechanismus kann ein Wärmeisolierohr aufweisen, das, getrennt von einer inneren Oberfläche des Lasermedium-Zirkulationsrohrs, im Inneren angeordnet ist, wobei sich das Wärmeisolierrohr entlang des Lasermedium-Zirkulationsrohrs erstreckt. In diesem Fall strömt das Lasermedium, das aus der Abgabeöffnung abgegeben wird, in das Wärmeisolierrohr, wohingegen das Lasermedium nicht in einen Spalt zwischen dem Lasermedium-Zirkulationsrohr und dem Wärmeisolierohr strömt.
Das Wärmeisolierrohr kann von dem Lasermedium-Zirkulationsrohr an einem stromaufwärtigen Ende oder einem stromabwärtigen Ende des Wärmeisolierrohrs gestützt sein. Der Wärmeisoliermechanismus kann einen Rektifikationsmechanismus aufweisen, der zum Rektifizieren einer Strömung des Lasermediums in dem Lasermedium-Zirkulationsrohr konfiguriert ist.
Der Rektifikationsmechanismus kann eine Trennwand aufweisen, die zum Aufteilen einer Querschnittsfläche der Innenseite des Lasermedium-Zirkulationsrohrs entlang einer Ebene, die sich mit einer Längsrichtung des Lasermedium-Zirkulationsrohrs schneidet, in mehrere Abschnitte konfiguriert ist. Der Rektifikationsmechanismus kann einen Vorsprung aufweisen, der derart ausgebildet ist, dass er von einer inneren Oberfläche des Lasermedium-Zirkulationsrohrs hervorsteht.
Das Lasermedium-Zirkulationsrohr kann ein gekrümmtes Teil aufweisen, das sich glatt und nahtlos in einer Kurve erstreckt. Das Lasermedium-Zirkulationsrohr kann ein gerades Rohrteil aufweisen, das sich von dem anderen Ende des Lasermedium-Zirkulationsrohrs zur stromabwärtigen Seite erstreckt. Das gerade Rohrteil eine Länge vom Dreifachen des äquivalenten Durchmessers des geraden Rohrteils oder mehr aufweisen.
Das Lasermedium-Zirkulationsrohr kann ein gewelltes Teil aufweisen, das derart vorgesehen ist, dass es benachbart zum anderen Endes des Lasermedium-Zirkulationsrohrs liegt. Die Laseroszillationsvorrichtung kann ferner einen Wärmetauscher umfassen, der zwischen dem Gebläse und der Abgabeöffnung angeordnet ist, um so Wärme aus dem Lasermedium, das durch das Lasermedium-Zirkulationsrohr strömt, zu entfernen. Der Wärmeisoliermechanismus kann über einem Abschnitt zwischen dem anderen Ende des Lasermedium-Zirkulationsrohrs und dem Wärmetauscher vorgesehen sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben erwähnten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich hervor. Es zeigen:
1 eine Ansicht einer Laseroszillationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
2 eine Ansicht eines Beispiels des Wärmeisoliermechanismus, der in 1 dargestellt ist, in dem das erste Rohr des Lasermedium-Zirkulationsrohrs im Querschnitt dargestellt ist;
3 eine Ansicht eines anderen Beispiels des Wärmeisoliermechanismus, der in 1 dargestellt ist, in dem das erste Rohr des Lasermedium-Zirkulationsrohrs im Querschnitt dargestellt ist;
4 eine Ansicht noch eines anderen Beispiels des Wärmeisoliermechanismus, der in 1 dargestellt ist, in dem das erste Rohr des Lasermedium-Zirkulationsrohrs im Querschnitt dargestellt ist;
5 eine Ansicht einer Laseroszillationsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform;
6 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Rektifikationsmechanismus, der in 5 dargestellt ist, wenn er aus der Richtung betrachtet wird, die durch den Pfeil A in 5 angegeben ist (d. h. der Strömungsrichtung eines Lasermediums);
7 eine Ansicht einer Laseroszillationsvorrichtung gemäß noch einer anderen Ausführungsform;
8 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des ersten Rohrs des Lasermedium-Zirkulationsrohrs, das in 7 dargestellt und entlang B-B in 7 geschnitten ist;
9 eine Ansicht einer Laseroszillationsvorrichtung gemäß noch einer anderen Ausführungsform;
10 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des ersten Rohrs des Lasermedium-Zirkulationsrohrs, das in 9 dargestellt und entlang B-B in 9 geschnitten ist;
11 eine Querschnittsansicht einer Variation des ersten Rohrs, das in 1 dargestellt ist;
12 eine Querschnittsansicht einer anderen Variation des ersten Rohrs, das in 1 dargestellt ist; und
13 eine Schnittansicht noch einer anderen Variation des ersten Rohrs, das in 1 dargestellt ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung basierend auf den Zeichnungen beschrieben. Es sei erwähnt, dass in verschiedenen unten beschriebenen Ausführungsformen den Elementen, die den bereits beschriebenen Ausführungsformen ähnlich sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen sind und auf eine ausführliche Beschreibung davon verzichtet wird.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf 1 eine Laseroszillationsvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die Laseroszillationsvorrichtung 10 weist ein Resonatorteil 12, ein Lasermedium-Zirkulationsrohr 14, ein Gebläse 16 und Wärmetauscher 18 und 20 auf.
Das Resonatorteil 12 weist einen Auskoppelspiegel 22, einen hinteren Spiegel 24, eine elektrische Entladungsröhre 26 und elektrische Entladungsröhren-Trägerteile 28 und 30 auf. Der Auskoppelspiegel 22 und der hintere Spiegel 24 sind einander gegenüberliegend angeordnet. Der Auskoppelspiegel 22 besteht aus einem Teilreflexionsspiegel (so genanntem „halbdurchlässigen Spiegel”), während der hintere Spiegel 24 aus einem Totalreflexionsspiegel besteht.
Die elektrische Entladungsröhre 26 ist zwischen dem Auskoppelspiegel 22 und dem hinteren Spiegel 24 angeordnet. Ein Ende der elektrischen Entladungsröhre 26 wird von dem elektrischen Entladungsröhren-Trägerteil 28 gestützt und das andere Ende der elektrischen Entladungsröhre 26 wird von dem elektrischen Entladungsröhren-Trägerteil 30 gestützt.
Die elektrische Entladungsröhre 26 weist Entladungselektroden auf, die einander gegenüberliegend angeordnet sind (nicht dargestellt). Eine Spannung wird von einer Laserleistungsquelle (nicht dargestellt) an die Entladungselektroden angelegt. Ein Lasermedium wie Kohlenstoffdioxidgas, Stickstoffgas oder Argongas wird in die elektrische Entladungsröhre 26 geleitet.
Wenn die Spannung von der Laserleistungsquelle an die Entladungselektroden angelegt wird, wird das Lasermedium aufgrund der elektrischen Entladung, die zwischen den Entladungselektroden erzeugt wird, erregt, um so einen Laserstrahl zu erzeugen. Der Laserstrahl, der in der elektrischen Entladungsröhre 26 erzeugt wird, wird von der optischen Resonanz zwischen dem Auskoppelspiegel 22 und dem hinteren Spiegel 24 verstärkt und durch den Auskoppelspiegel 22 als ein Ausgabelaserstrahl L abgegeben.
Das elektrische Entladungsröhren-Trägerteil 28 ist ein hohles Element, in dessen Inneren der hintere Spiegel 24 befestigt ist. Das Innere des elektrischen Entladungsröhren-Trägerteils 28 befindet sich mit dem Inneren der elektrischen Entladungsröhre 26 in Fluidverbindung. Das elektrische Entladungsröhren-Trägerteil 28 weist eine Einführöffnung 34 auf, durch welche das Lasermedium eingeleitet wird.
Das elektrische Entladungsröhren-Trägerteil 30 ist ein hohles Element, das dem oben erwähnten elektrischen Entladungsröhren-Trägerteil 28 ähnlich ist, wobei der Auskoppelspiegel 22 im Inneren des elektrischen Entladungsröhren-Trägerteils 30 befestigt ist. Das Innere des elektrischen Entladungsröhren-Trägerteils 30 befindet sich mit dem Inneren der elektrischen Entladungsröhre 26 in Fluidverbindung. Das elektrische Entladungsröhren-Trägerteil 30 weist eine Abgabeöffnung 36 auf, aus der das Lasermedium abgegeben wird.
Das Lasermedium-Zirkulationsrohr 14 definiert einen Strömungsweg des Lasermediums, das in das Resonatorteil 12 geleitet werden soll. In dieser Ausführungsform weist das Lasermedium-Zirkulationsrohr 14 eine erste Rohrleitung 38, eine zweite Rohrleitung 40, eine dritte Rohrleitung 42 und eine vierte Rohrleitung 44 auf.
Ein Ende 38a der ersten Rohrleitung 38 ist mit der Abgabeöffnung 36 verbunden, die an dem elektrischen Entladungsröhren-Trägerteil 30 ausgebildet ist, und das andere Ende 38b der ersten Rohrleitung 38 ist mit dem Wärmetauscher 18 verbunden. Das Innere der ersten Rohrleitung 38 steht mit dem Inneren der elektrischen Entladungsröhre 30 über die Abgabeöffnung 36 in Fluidverbindung.
Die zweite Rohrleitung 40 erstreckt sich zwischen dem Wärmetauscher 18 und dem Gebläse 16. Das Innere der zweiten Rohrleitung 40 steht mit dem Inneren der ersten Rohrleitung 38 durch den Wärmetauscher 18 in Fluidverbindung.
Die dritte Rohrleitung 42 erstreckt sich zwischen dem Gebläse 16 und dem Wärmetauscher 20. Das Innere der dritten Rohrleitung 42 steht mit dem Inneren der zweiten Rohrleitung 40 durch das Gebläse 16 in Fluidverbindung.
Ein Ende 44a der vierten Rohrleitung 44 ist mit der Einführöffnung 34 verbunden, die an dem elektrischen Entladungsröhren-Trägerteil 28 ausgebildet ist, und das andere Ende 44b der vierten Rohrleitung 44 ist mit dem Wärmetauscher 20 verbunden. Das Innere der vierten Rohrleitung 44 steht mit dem Inneren des elektrischen Entladungsröhren-Trägerteils 28 über die Einführöffnung 34 in Fluidverbindung und steht mit der dritten Rohrleitung 42 über den Wärmetauscher 20 in Fluidverbindung.
Das Gebläse 16 ist zwischen der zweiten Rohrleitung 40 und der dritten Rohrleitung 42 angeordnet und erzeugt Druckschwankungen im Lasermedium in dem Lasermedium-Zirkulationsrohr 14, um so zu bewirken, dass das Lasermedium in die Richtung strömt, die durch den Pfeil A in 1 angegeben ist.
Aufgrunddessen wird das Lasermedium von der vierten Rohrleitung 44 in das elektrische Entladungsröhren-Trägerteil 28 durch die Einführöffnung 34 eingeleitet, strömt danach durch die elektrische Entladungsröhre 26 und wird dann aus der Abgabeöffnung 36 zur ersten Rohrleitung 38 abgegeben. Auf diese Weise ist der Zirkulationsweg des Lasermediums durch das Lasermedium-Zirkulationsrohr 14 und das Resonatorteil 12 definiert.
Der Wärmetauscher 18 ist stromaufwärts des Gebläses 16 angeordnet und entfernt Wärme aus dem Lasermedium, das durch die erste Rohrleitung 38 geht. Der Wärmetauscher 20 ist stromabwärts des Gebläses 16 angeordnet und entfernt Wärme aus dem Lasermedium, das durch die dritte Rohrleitung 42 geht.
Die Laseroszillationsvorrichtung 10 weist ferner einen Wärmeisoliermechanismus 50 auf, der in dem Lasermedium-Zirkulationsrohr 14 vorgesehen ist. Nachstehend wird ein Beispiel des Wärmeisoliermechanismus 50 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
In dem Beispiel, das in 2 dargestellt ist, besteht der Wärmeisoliermechanismus 50 aus einem Wärmeisoliermaterial 52, das an einer inneren Oberfläche 38c der ersten Rohrleitung 38 befestigt ist. Das Wärmeisoliermaterial 52 ist derart befestigt, dass es sich über einen Abschnitt zwischen dem stromaufwärtigen Ende 38a und dem stromabwärtigen Ende 38b der ersten Rohrleitung 38 erstreckt und das gesamte Gebiet der inneren Oberfläche 38c der ersten Rohrleitung 38 abdeckt.
Das Wärmeisoliermaterial 52 blockiert eine Wärmeleitung zwischen dem Lasermedium, das durch die erste Rohrleitung 38 strömt, und der ersten Rohrleitung 38. Gemäß dieser Ausführungsform kann verhindert werden, dass sich die erste Rohrleitung 38 in ihrer Längsrichtung deswegen ausdehnt, weil die erste Rohrleitung 38 durch das Hochtemperatur-Lasermedium erwärmt wird, das aus der Abgabeöffnung 36 abgegeben wird, wenn das Resonatorteil 12 den Laserstrahl erzeugt.
Die erste Rohrleitung 38 erstreckt sich zwischen der Abgabeöffnung 36 und dem Wärmetauscher 18 und ist dadurch ein Abschnitt des Lasermedium-Zirkulationsrohrs 14, der von dem Lasermedium, das aus der Abgabeöffnung 36 abgegeben wird, am leichtesten erwärmt wird. In dieser Ausführungsform kann, da das Wärmeisoliermaterial 52 in der ersten Rohrleitung 38 vorgesehen ist, die am leichtesten erwärmt werden kann, effektiv verhindert werden, dass sich das Lasermedium-Zirkulationsrohr 14 aufgrund der Wärme thermisch ausdehnt.
Als Nächstes wird ein anderes Beispiel des Wärmeisoliermechanismus 50 unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. In dem Beispiel, das in 3 dargestellt ist, besteht der Wärmeisoliermechanismus 50 aus einem Wärmeisolierrohr 54. Das Wärmeisolierrohr 54 ist getrennt, im Inneren bezüglich der inneren Oberfläche 38c der ersten Rohrleitung 38, angeordnet.
Das Wärmeisolierrohr 54 erstreckt sich entlang der ersten Rohrleitung 38 über einen Abschnitt von dem stromaufwärtigen Ende 38a der ersten Rohrleitung 38, bis zu einer Position etwas stromaufwärts des stromabwärtigen Endes 38b der ersten Rohrleitung 38. Ein Flansch 56 ist an einem stromaufwärtigen Ende 54a des Wärmeisolierrohrs 54 derart ausgebildet, dass er von dem Ende 54a absteht.
Der Flansch 56 ist an der ersten Rohrleitung 38 fixiert. Auf diese Weise wird das Wärmeisolierrohr 54 von der ersten Rohrleitung 38 durch den Flansch 56 gestützt, um so im Inneren von der inneren Oberfläche 38c der ersten Rohrleitung 38 getrennt zu sein. Andererseits ist ein stromabwärtiges Ende 54b des Wärmeisolierrohrs 54 ein freies Ende und ist separat, stromaufwärts von dem Wärmetauscher 18, angeordnet.
Ein Spalt 58 ist zwischen der inneren Oberfläche 38c der ersten Rohrleitung 38 und einer äußeren Oberfläche 54d des Wärmeisolierrohrs 54 ausgebildet. Das Lasermedium, das aus der Abgabeöffnung 36 abgegeben wird, strömt in das Wärmeisolierrohr 54, strömt durch das Wärmeisolierrohr 54 und wird in den Wärmetauscher 18 eingeleitet.
Gemäß dieser Ausführungsform kann eine Wärmeleitung zwischen dem Lasermedium, das durch das Wärmeisolierrohr 54 strömt, und der Rohrleitung 38 durch den Spalt 58 zwischen der ersten Rohrleitung 38 und dem Wärmeisolierrohr 54 blockiert werden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass sich die erste Rohrleitung 38 in ihrer Längsrichtung aufgrund dessen ausdehnt, dass die erste Rohrleitung 38 durch das Hochtemperatur-Lasermedium erwärmt wird, das aus der Abgabeöffnung 36 abgegeben wird.
Da ferner gemäß dieser Ausführungsform das Wärmeisolierrohr 54 in der ersten Rohrleitung 38 vorgesehen ist, die von dem Lasermedium, das aus der Abgabeöffnung 36 abgegeben wird, am leichtesten erwärmt wird, kann eine thermische Ausdehnung des Lasermedium-Zirkulationsrohrs 14 aufgrund der Wärme des Lasermediums wirksam verhindert werden.
Ferner wird das Wärmeisolierrohr 54 in dieser Ausführungsform von der ersten Rohrleitung 38 durch den Flansch 56 an seinem stromaufwärtigen Ende 54a gestützt, während sein stromabwärtiges Ende 54b ein freies Ende ist.
Gemäß dieser Konfiguration kann, selbst wenn das Wärmeisolierrohr 54 aufgrund der Wärmeleitung von dem Lasermedium erwärmt wird, sich das Wärmeisolierrohr 54 thermisch ausdehnen, sodass sich sein Endteil 154b dem Wärmetauscher 18 nähert. Daher kann verhindert werden, dass die Komponenten des Resonatorteils 12 aufgrund der thermischen Ausdehnung des Wärmeisolierrohrs 54 verschoben werden.
Als Nächstes wird noch ein weiteres Beispiel des Wärmeisoliermechanismus 50 unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. In dem Beispiel, das in 4 dargestellt ist, weist der Wärmeisoliermechanismus 50 das Wärmeisoliermaterial 52, das Wärmeisolierrohr 54 und ein zweites Wärmeisoliermaterial 60 auf, das an einer inneren Oberfläche 54c des Wärmeisolierrohrs 54 befestigt ist.
Das Lasermedium, das aus der Abgabeöffnung 36 abgegeben wird, strömt in das Wärmeisolierrohr 54. Das zweite Wärmeisoliermaterial 60 blockiert eine Wärmeleitung zwischen dem Wärmeisolierrohr 54 und dem Lasermedium, das durch das Wärmeisolierrohr 54 strömt. Gemäß dem Wärmeisoliermechanismus 50 dieser Ausführungsform kann die Wärmeleitung aus dem Lasermedium zu der ersten Rohrleitung 38 durch das Wärmeisoliermaterial 52, das Wärmeisolierrohr 54 und das zweite Wärmeisoliermaterial 60 wirksamer blockiert werden. Daher kann wirksamer verhindert werden, dass sich die erste Rohrleitung 38 in ihrer Längsrichtung thermisch ausdehnt.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 5 und 6 eine Laseroszillationsvorrichtung 70 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die Laseroszillationsvorrichtung 70 weist das Resonatorteil 12, das Lasermedium-Zirkulationsrohr 14, das Gebläse 16, die Wärmetauscher 18 und 20 und den Wärmeisoliermechanismus 50 auf. Der Wärmeisoliermechanismus 50 gemäß dieser Ausführungsform weist das Wärmeisoliermaterial 52 und einen Rektifikationsmechanismus 72 auf.
Der Rektifikationsmechanismus 72 ist in einem Abschnitt des Lasermedium-Zirkulationsrohr 14, in dem das Wärmeisoliermaterial 52 vorgesehen ist, das heißt, im Inneren der ersten Rohrleitung 38 vorgesehen. Wie in 6 dargestellt, weist der Rektifikationsmechanismus 72 eine Trennwand 72a auf. Die Trennwände 72a teilen eine Querschnittsfläche des Innenraums der ersten Rohrleitung 38 in einer Ebene, die zur Ausdehnungsrichtung der ersten Rohrleitung 38 senkrecht ist, in mehrere Abschnitte auf.
Die Trennwände 72a gemäß dieser Ausführungsform weisen eine Honigwabenstruktur auf und teilen den Innenraum der ersten Rohrleitung 38 in mehrere hexagonale Abschnitte auf. Die Strömung des Lasermediums in die erste Rohrleitung 38 wird durch Aufteilen in mehrere laminare Strömungen, wenn es durch die Trennwände 72a strömt, rektifiziert. Dadurch kann verhindert werden, dass eine turbulente Strömung in dem Lasermedium stattfindet.
Falls die Strömung des Lasermediums wie oben beschrieben rektifiziert wird, verändert sich die Temperaturverteilung des Lasermediums, das durch die erste Rohrleitung 38 strömt, derart, dass ein Bereich näher zu einer Mittelachse der ersten Rohrleitung 38 eine relativ hohe Temperatur erhält, wohingegen ein Bereich näher zur inneren Oberfläche 38c der ersten Rohrleitung 38 eine relativ niedrige Temperatur erhält.
Mit anderen Worten dient der Rektifikationsmechanismus 72 der Funktion der relativen Senkung der Temperatur des Lasermediums an dem Bereich, der näher zu der ersten Rohrleitung 38 liegt, durch Rektifizieren der Strömung des Lasermediums, sodass eine Wärmeleitung aus dem Lasermedium auf die erst Rohrleitung 38 blockiert wird.
In dieser Ausführungsform besteht der Wärmeisoliermechanismus 50 aus dem Wärmeisoliermaterial 52 und dem Rektifikationsmechanismus 72, sodass eine thermische Ausdehnung der ersten Rohrleitung 38 aufgrund von Wärme aus dem Lasermedium wirksamer verhindert werden kann.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 7 und 8 eine Laseroszillationsvorrichtung 80 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die Laseroszillationsvorrichtung 80 weist das Resonatorteil 12, das Lasermedium-Zirkulationsrohr 14, das Gebläse 16, den Wärmetauscher 18, den Wärmetauscher 20 und einen Wärmeisoliermechanismus 50 auf. Der Wärmeisoliermechanismus 50 weist das Wärmeisoliermaterial 52 und einen Rektifikationsmechanismus 82 auf.
Der Rektifikationsmechanismus 82 ist in einem Abschnitt des Lasermedium-Zirkulationsrohr 14, in dem das Wärmeisoliermaterial 52 vorgesehen ist, das heißt, im Inneren der ersten Rohrleitung 38 vorgesehen. Wie in 8 dargestellt, weist der Rektifikationsmechanismus 82 mehrere Vorsprünge 82a auf, die auf der inneren Oberfläche der ersten Rohrleitung 38 ausgebildet sind.
Die Vorsprünge 82a stehen nach innen von der inneren Oberfläche 38c der ersten Rohrleitung 38 hervor und sind derart angeordnet, dass sie in der Umfangsrichtung der inneren Oberfläche 38c ausgerichtet sind. Jeder Vorsprung 82a ist derart ausgebildet, dass er sich in der Längsrichtung der ersten Rohrleitung 38, d. h. der Strömungsrichtung A des Lasermediums erstreckt. Das Wärmeisoliermaterial 52 ist im Inneren der ersten Rohrleitung 38 befestigt, um so die innere Oberfläche 38c und die Vorsprünge 82a abzudecken.
Die Vorsprünge 82a rektifizieren die Strömung des Lasermediums in der ersten Rohrleitung 38, sodass diese eine laminare Strömung ist. Daher verhindern die Vorsprünge 82a, dass eine turbulente Strömung in dem Lasermedium stattfindet, sodass die Temperatur des Lasermediums in einem Bereich nahe der ersten Rohrleitung 38 relativ verringert wird. Auf diese Weise dient der Rektifikationsmechanismus 82 der Funktion des Blockierens einer Wärmeleitung aus dem Lasermedium zu der ersten Rohrleitung 38.
In dieser Ausführungsform besteht der Wärmeisoliermechanismus 50 aus dem Wärmeisoliermaterial 52 und dem Rektifikationsmechanismus 82, sodass eine thermische Ausdehnung der ersten Rohrleitung 38 aufgrund von Wärme aus dem Lasermedium wirksamer verhindert werden kann.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 9 und 10 eine Laseroszillationsvorrichtung 90 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die Laseroszillationsvorrichtung 90 weist das Resonatorteil 12, das Lasermedium-Zirkulationsrohr 14, das Gebläse 16, den Wärmetauscher 18, den Wärmetauscher 20 und einen Wärmeisoliermechanismus 50 auf. Der Wärmeisoliermechanismus 50 weist das Wärmeisolierrohr 54, einen Rektifikationsmechanismus 92 und ein Wärmeisoliermaterial 94 auf.
Der Rektifikationsmechanismus 92 weist mehrere Vorsprünge 92a auf, die auf der inneren Oberfläche 54c des Wärmeisolierrohrs 54 ausgebildet sind. Die Vorsprünge 92a stehen nach innen von der inneren Oberfläche 54c des Wärmeisolierrohrs 54 hervor und sind derart angeordnet, dass sie in der Umfangsrichtung der inneren Oberfläche 54c ausgerichtet sind.
Jeder Vorsprung 92a ist derart ausgebildet, dass er sich in der Längsrichtung des Wärmeisolierrohrs 54, d. h. der Strömungsrichtung A des Lasermediums erstreckt. Das Wärmeisoliermaterial 94 ist derart befestigt, dass es die innere Oberfläche 54c des Wärmeisolierrohrs 54 und die Vorsprünge 92a abdeckt.
In ähnlicher Weise wie die oben erwähnten Vorsprünge 82a rektifizieren die Vorsprünge 92a die Strömung des Lasermediums in der ersten Rohrleitung 38, sodass diese eine laminare Strömung ist. Daher verhindern die Vorsprünge 92a, dass eine turbulente Strömung in dem Lasermedium stattfindet, sodass die Temperatur des Lasermediums in einem Bereich nahe der ersten Rohrleitung 38 relativ verringert wird. Auf diese Weise dient der Rektifikationsmechanismus 92 der Funktion des Blockierens einer Wärmeleitung aus dem Lasermedium zu der ersten Rohrleitung 38.
In dieser Ausführungsform besteht der Wärmeisoliermechanismus 50 aus dem Wärmeisolierrohr 54, dem Rektifikationsmechanismus 92 und dem Wärmeisoliermaterial 94, sodass eine thermische Ausdehnung der ersten Rohrleitung 38 aufgrund von Wärme aus dem Lasermedium wirksamer verhindert werden kann.
Es sei erwähnt, dass es verschiedene Variationen für die erste Rohrleitung 38 gibt, die in 1 dargestellt ist. Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 11 eine erste Rohrleitung 38' gemäß einer Variation der ersten Rohrleitung 38 beschrieben.
In einer Laseroszillationsvorrichtung 10' gemäß dieser Ausführungsform weist die erste Rohrleitung 38' ein gekrümmtes Teil 38d' auf, das sich glatt und nahtlos zu einer Krümmung erstreckt (d. h. sich glatt ohne Verbindungslinie krümmt). Die erste Rohrleitung 38' kann durch Biegen eines nahtlosen geraden Rohrs hergestellt werden. Durch Herstellen der ersten Rohrleitung 38' auf diese Weise wird die Bildung einer Verbindungslinie, die gebildet wird, wenn zwei Rohrleitungen miteinander durch Schweißen usw. gekoppelt werden, bei dem gekrümmten Teil 38d' verhindert.
Dadurch, dass das auf diese Weise gekrümmte Teil 38d' vorgesehen ist, wird bewirkt, dass die Strömung des Lasermediums in der ersten Rohrleitung 38' eine laminare Strömung ist, wenn das Lasermedium durch das gekrümmte Teil 38d' geht, sodass das Auftreten einer turbulenten Strömung in der Strömung des Lasermediums verhindert werden kann. Folglich kann die Temperatur des Lasermediums in einem Bereich nahe der ersten Rohrleitung 38' relativ verringert werden, wobei infolgedessen eine Erwärmung der ersten Rohrleitung 38' verhindert werden kann.
Es sei erwähnt, dass, falls das Wärmeisolierrohr 54, das in 3 dargestellt ist, auf den Wärmeisoliermechanismus 50 angewendet wird, der in 11 dargestellt ist, das Wärmeisolierrohr 54 in diesem Fall einen gekrümmten Teil (nicht dargestellt) aufweist, der sich entlang des gekrümmten Teils 38d' der ersten Rohrleitung 38' in einer Lage erstreckt, die dem gekrümmten Teil 38d' entspricht. In diesem Fall kann das gekrümmte Teil 38d' der ersten Rohrleitung 38' eine Krümmung aufweisen, die im Wesentlichen die gleiche ist wie die des gekrümmten Teils des Wärmeisolierrohrs 54.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 12 eine erste Rohrleitung 38'' gemäß einer anderen Variation der ersten Rohrleitung 38 beschrieben. In einer Laseroszillationsvorrichtung 10'' gemäß dieser Ausführungsform weist eine erste Rohrleitung 38'' ein gerades Rohrteil 38d'' auf, das sich gerade von einem Ende 38a'', das mit der Abgabeöffnung 36 verbunden ist, zu einer stromabwärtigen Seite erstreckt. Die Länge des geraden Rohrteils 38d'' ist auf das Dreifache des äquivalenten Durchmessers R der inneren Umfangsoberfläche des geraden Rohrteils 38d'' oder mehr festgelegt.
Die Strömung des Lasermediums in dem geraden Rohrteil 38d'' wird in eine laminare Strömung umgewandelt, sodass das Auftreten einer turbulenten Strömung in der Strömung des Lasermediums verhindert werden kann. Demzufolge kann die Temperatur des Lasermediums in einem Bereich nahe der ersten Rohrleitung 38'' relativ verringert werden und infolgedessen eine Erwärmung der ersten Rohrleitung 38'' verhindert werden.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 13 eine erste Rohrleitung 38''' gemäß noch einer weiteren Variation der ersten Rohrleitung 38 beschrieben. In einer Laseroszillationsvorrichtung 10''' gemäß dieser Ausführungsform weist die erste Rohrleitung 38''' einen gewellten Teil 38d''' auf. Der gewellte Teil 38d''' ist benachbart zu einem Ende 38a''' der ersten Rohrleitung 38''' vorgesehen. Selbst wenn sich die erste Rohrleitung 38''' aufgrund der Wärme des Lasermediums in ihrer Längsrichtung ausdehnt, kann der gewellte Teil 38d''' eine solche thermische Ausdehnung absorbieren.
Die Konfiguration des Wärmeisoliermechanismus 50, die in 2, 3 oder 4 dargestellt ist, kann in dieser Ausführungsform, die in 13 dargestellt ist, angewendet werden. Auf diese Weise blockiert in dieser Ausführungsform der Wärmeisoliermechanismus 50 eine Wärmeleitung von dem Lasermedium zu der ersten Rohrleitung 38''' und der gewellte Teil 38d''' absorbiert die thermische Ausdehnung der ersten Rohrleitung 38'''.
Gemäß dieser Konfiguration kann zuverlässiger verhindert werden, dass die Komponenten des Resonatorteils 12 sich aufgrund der thermischen Ausdehnung der ersten Rohrleitung 38''' bewegen.
Es sei erwähnt, dass der Wärmeisoliermechanismus 50 derart vorgesehen sein kann, dass er sich zwischen einer ersten Position des Lasermedium-Zirkulationsrohrs 14 stromabwärts von der Abgabeöffnung 36 und einer zweiten Position des Lasermedium-Zirkulationsrohrs 14 stromabwärts von der ersten Position erstreckt. Als Alternative kann der Wärmeisoliermechanismus 50 derart vorgesehen sein, dass er sich über das gesamte Lasermedium-Zirkulationsrohr 14 erstreckt.
Ferner kann der Wärmeisoliermechanismus 50 nur den Rektifikationsmechanismus 72, 82 oder 92 aufweisen. Selbst in diesem Fall kann der Wärmeisoliermechanismus 50 die Temperatur des Lasermediums in einem Bereich nahe der ersten Rohrleitung 38 relativ verringern, sodass eine Wärmeleitung zwischen der ersten Rohrleitung 38 und dem Lasermedium blockiert werden kann.
Ferner kann der Wärmetauscher 18 oder 20 weggelassen werden. Falls zum Beispiel der Wärmetauscher 18 weggelassen ist, kann sich die erste Rohrleitung 38 zwischen der Abgabeöffnung 36 und dem Gebläse 16 erstrecken, wobei der Wärmeisoliermechanismus 50 derart vorgesehen sein kann, dass er sich innerhalb eines Abschnitts zwischen dem Ende 38a der ersten Rohrleitung 38, das mit der Abgabeöffnung 36 verbunden ist, und dem Gebläse 16 (oder einer Position stromaufwärts des Gebläses 16), erstreckt.
Ferner kann das Lasermedium-Zirkulationsrohr 14 ein zylindrisches Element oder ein polygonales Rohrelement aufweisen.
Ferner können in der Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, mehrere Rektifikationsmechanismen 72 vorgesehen sein. Zum Beispiel können mehrere Rektifikationsmechanismen 72 in der ersten Rohrleitung 38 vorgesehen sein. Als Alternative ist ein erster Rektifikationsmechanismus 72 in der ersten Rohrleitung 38 vorgesehen, während ein zweiter Rektifikationsmechanismus 72 in der zweiten Rohrleitung 40, der dritten Rohrleitung 42 oder der vierten Rohrleitung 44 vorgesehen ist.
Ferner ist die Konfiguration des Rektifikationsmechanismus 72 nicht auf die Honigwabenstruktur eingeschränkt, die in 6 dargestellt ist. Zum Beispiel kann der Rektifikationsmechanismus 72 eine Trennwand aufweisen, die zum Aufteilen einer Querschnittsfläche des Innenraums des Lasermedium-Zirkulationsrohrs 14 in zwei oder vier Zonen konfiguriert ist. Ferner ist die Form jedes Abschnitts, der durch die Trennwand aufgeteilt wird, nicht auf die hexagonale Form, wie in 6 dargestellt, beschränkt, und kann eine polygonale, kreisförmige oder ovale Form sein. Ferner weist der Rektifikationsmechanismus die Trennwände 72a und die Vorsprünge 82a oder 92a auf.
Ferner kann in dem Wärmeisolierrohr 54, das in 3 dargestellt ist, der Flansch 56 an der stromabwärtigen Seite 54b des Wärmeisolierrohrs 54 ausgebildet sein. In diesem Fall wird das Wärmeisolierrohr 54 von der ersten Rohrleitung 38 durch den Flansch 56 an seinem stromabwärtigen Ende 54b gestützt.
Wenngleich die Erfindung oben durch verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde, schränken die Ausführungsformen die Erfindungen gemäß den Ansprüchen nicht ein. Ferner kann eine Konfiguration, die durch Kombinieren der in den Ausführungsformen der Erfindung beschriebene Merkmale erhalten wird, im technischen Schutzumfang der Erfindung enthalten sein. Allerdings sind nicht unbedingt alle Kombinationen dieser Merkmale zum Lösen der Erfindung wesentlich. Darüber hinaus ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen oder Verbesserungen an den Ausführungsformen vorgenommen werden können.
Im Hinblick auf die Reihenfolge der Arbeitsabläufe wie Aktionen, Sequenzen, Schritte, Prozesse und Stufen in den Vorrichtungen, Systemen, Programmen und Verfahren, die in den Ansprüchen, der Spezifikation und den Zeichnungen angegeben sind, sei klargestellt, dass die Ausdrücke „vor”, „bevor” usw. nicht explizit beschrieben sind und eine beliebige Reihenfolge realisiert werden kann, sofern das Ergebnis eines vorherigen Arbeitsablaufs im nachfolgenden Arbeitsablauf verwendet wird. Selbst wenn im Hinblick auf die Verarbeitung in den Ansprüchen, der Spezifikation und den Zeichnungen die Reihenfolge der Arbeitsabläufe der Einfachheit halber unter Verwendung der Ausdrücke „zuerst”, „als Nächstes”, „anschließend”, „danach” usw. beschrieben wird, ist die Beibehaltung dieser Reihenfolge für die Funktionsweise der Erfindungen nicht unbedingt wesentlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 7-231129 [0002]

Claims

Laseroszillationsvorrichtung (10), umfassend: ein Resonatorteil (12), das eine Einführöffnung (34), durch welche ein Lasermedium eingeführt wird, und eine Abgabeöffnung (36), aus welcher das Lasermedium abgegeben wird, aufweist, wobei das Resonatorteil einen Laserstrahl erzeugt; ein Lasermedium-Zirkulationsrohr (14), dessen eines Ende mit der Einführöffnung verbunden ist und dessen anderes Ende mit der Abgabeöffnung verbunden ist; ein Gebläse (16), das in dem Lasermedium-Zirkulationsrohr angeordnet und konfiguriert ist, das Lasermedium strömen zu lassen, sodass das Lasermedium in das Resonatorteil durch die Einführöffnung eingeführt wird und sodass das in das Resonatorteil eingeführte Lasermedium aus der Abgabeöffnung abgegeben wird; und einen Wärmeisoliermechanismus (50), der in dem Lasermedium-Zirkulationsrohr vorgesehen ist und zum Blockieren einer Wärmeleitung zwischen dem Lasermedium, das durch das Lasermedium-Zirkulationsrohr strömt, und dem Lasermedium-Zirkulationsrohr konfiguriert ist.
Laseroszillationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wärmeisoliermechanismus über einem Abschnitt zwischen dem anderen Ende des Lasermedium-Zirkulationsrohrs und einer Position in dem Lasermedium-Zirkulationsrohr stromabwärts zu dem anderen Ende des Lasermedium-Zirkulationsrohrs vorgesehen ist.
Laseroszillationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Wärmeisoliermechanismus ein Wärmeisoliermaterial (52) aufweist, das an einer inneren Oberfläche des Lasermedium-Zirkulationsrohrs befestigt ist.
Laseroszillationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wärmeisoliermechanismus ein Wärmeisolierohr (54) aufweist, das getrennt innen bezüglich einer inneren Oberfläche des Lasermedium-Zirkulationsrohrs angeordnet ist, wobei sich das Wärmeisolierrohr entlang des Lasermedium-Zirkulationsrohrs erstreckt, wobei das Lasermedium, das aus der Abgabeöffnung abgegeben wird, in das Wärmeisolierrohr strömt, wohingegen das Lasermedium nicht in einen Spalt zwischen dem Lasermedium-Zirkulationsrohr und dem Wärmeisolierohr strömt.
Laseroszillationsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Wärmeisolierrohr durch das Lasermedium-Zirkulationsrohr an einem stromaufwärtigen Ende (54a) oder einem stromabwärtigen Ende (54b) des Wärmeisolierrohrs abgestützt wird.
Laseroszillationsvorrichtung (70) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Wärmeisoliermechanismus einen Rektifikationsmechanismus (72) aufweist, der zum Rektifizieren einer Strömung des Lasermediums in dem Lasermedium-Zirkulationsrohr konfiguriert ist.
Laseroszillationsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Rektifikationsmechanismus eine Trennwand (72a) aufweist, die zum Aufteilen einer Querschnittsfläche des Inneren des Lasermedium-Zirkulationsrohrs entlang einer Ebene, die sich mit einer Längsrichtung des Lasermedium-Zirkulationsrohrs schneidet, in mehrere Abschnitte konfiguriert ist.
Laseroszillationsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Rektifikationsmechanismus (82) einen Vorsprung (852a) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass er von einer inneren Oberfläche (38c) des Lasermedium-Zirkulationsrohrs hervorsteht.
Laseroszillationsvorrichtung (10') nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Lasermedium-Zirkulationsrohr ein gekrümmtes Teil (38d') aufweist, das sich glatt und nahtlos derart erstreckt, dass es sich krümmt.
Laseroszillationsvorrichtung (10'') nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Lasermedium-Zirkulationsrohr ein gerades Rohrteil (38d'') aufweist, das sich gerade von dem anderen Ende des Lasermedium-Zirkulationsrohrs stromabwärts erstreckt, wobei das gerade Rohrteil eine Länge aufweist, die drei oder mehr Male größer als der äquivalente Durchmesser des geraden Rohrteils ist.
Laseroszillationsvorrichtung (10''') nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Lasermedium-Zirkulationsrohr ein gewelltes Teil (38d''') aufweist, das benachbart zum anderen Ende des Lasermedium-Zirkulationsrohrs vorgesehen ist.
Laseroszillationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend einen Wärmetauscher (18), der zwischen dem Gebläse und der Abgabeöffnung angeordnet ist, um Wärme aus dem Lasermedium, das durch das Lasermedium-Zirkulationsrohr strömt, zu entfernen, wobei der Wärmeisoliermechanismus über einem Abschnitt zwischen dem anderen Ende des Lasermedium-Zirkulationsrohrs und dem Wärmetauscher vorgesehen ist.