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Allgemeiner Stand der Technik
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laseroszillator und betrifft insbesondere einen Laseroszillator mit verbesserter Wartungsfreundlichkeit.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Als Vorläufertechniken im Zusammenhang mit der Wartungsfreundlichkeit eines Laseroszillators sind die folgenden Literaturbeispiele allgemein bekannt.
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In der Patentoffenlegungsschrift 2017-191907 sind eine Reinraumwerkbank, die Defekte von optischen Komponenten durch ein Eindringen von Staub und durch Feuchtigkeit verhindern kann und eine problemlose Vornahme der Wartung und des Austauschs von optischen Einheiten und der Überprüfungstätigkeit nach dem Austausch und dergleichen ermöglicht, sowie damit versehener Faserlaseroszillator offenbart.
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In der Patentoffenlegungsschrift 2012-254478 ist eine Anhaftungsbeseitigungsvorrichtung, die Anhaftungen an Oberflächen von Strukturen durch Laserlicht beseitigt, offenbart. Insbesondere ist beschrieben, dass eine optische Einheit, die verschiedene optische Komponenten (zum Beispiel ein Keilprisma, eine Sammellinse, einen Reflexionsspiegel und dergleichen) umfasst, von einem Laserkopf abnehmbar ausgeführt ist.
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In der Patentoffenlegungsschrift 2017-77586 sind eine Faserauswahleinrichtung, bei der im Fall einer defekten Aufbaukomponente der Faserauswahleinrichtung Wartungstätigkeiten wie etwa ein rascher und einfacher Austausch möglich sind, und eine Laservorrichtung offenbart.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die einzelnen optischen Einheiten bei einem Faserlaseroszillator sind durch Verschweißen von optischen Fasern selbst verbunden. Wenn eine optische Einheit beschädigt ist, können optische Fasern durchtrennt werden und kann die beschädigte Einheit gegen eine neue Einheit ausgetauscht werden, doch da eine Tätigkeit zum Verschweißen von optischen Fasern durch eine spezielle Vorrichtung erforderlich ist, ist die Wiederherstellung des Laseroszillators zeitaufwändig. Da insbesondere eine Strahlkombinierereinheit mit mehreren Laserresonatoreinheiten verbunden ist, wird bei einer Beschädigung der Strahlkombinierereinheit für jede Laserresonatoreinheit eine Tätigkeit zum Verschweißen von optischen Fasern erforderlich. Daher ist für den Austausch der Strahlkombinierereinheit viel Zeit nötig. Da bei einem optischen Abschnitt eines Laseroszillators im Allgemeinen die Gefahr einer Beschädigung durch Staub oder Feuchtigkeit besteht, sind Wartungstätigkeiten vor Ort wie etwa in einem Werk schwierig und besteht bei der Vornahme einer Wartungstätigkeit vor Ort die Sorge, dass die Beschädigung nach der Wiederherstellung erneut auftritt. Dieses Problem ist nicht auf einen Faserlaseroszillator beschränkt, sondern trifft zum Teil auch auf den optischen Abschnitt von anderen Festkörperlaseroszillatoren, Gaslaseroszillatoren, Halbleiterlaseroszillatoren oder dergleichen zu.
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Daher wird eine Technik gewünscht, wodurch die Wartungsfreundlichkeit eines Laseroszillators verbessert werden kann.
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Eine Form der vorliegenden Offenbarung stellt einen Laseroszillator bereit, der einen ersten Aufbaukörper, in dem ein optischer Abschnitt angeordnet ist; einen zweiten Aufbaukörper, in dem ein Stromquellenabschnitt angeordnet ist; und ein Stromkabel, das den optischen Abschnitt und den Stromquellenabschnitt elektrisch verbindet, umfasst, wobei der erste Aufbaukörper abnehmbar mit dem zweiten Aufbaukörper gekoppelt ist und der optische Abschnitt durch lösbares Anschließen des Stromkabels an wenigstens eines aus dem optischen Abschnitt und dem Stromquellenabschnitt austauschbar ausgeführt ist.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm, das den schematischen Aufbau eines Laseroszillators nach einer Ausführungsform zeigt.
- 2A ist eine Schrägansicht, die den schematischen Aufbau des Laseroszillators nach einer Ausführungsform zeigt.
- 2B ist eine Schrägansicht, die ein Beispiel für einen optischen Abschnitt, der von einem Stromquellenabschnitt getrennt wurde, zeigt.
- 3 ist eine Schrägansicht, die ein Beispiel für einen mit einer Tür versehenen Gehäusekörper zeigt.
- 4 ist eine Vorderansicht, die ein Bespiel für die Anordnung der einzelnen Aufbauelemente zeigt.
- 5 ist eine Vorderansicht, die ein Abwandlungsbeispiel für die Anordnung der einzelnen Aufbauelemente zeigt.
- 6 ist eine Vorderansicht, die ein anderes Abwandlungsbeispiel für die Anordnung der einzelnen Aufbauelemente zeigt.
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Ausführliche Erklärung
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Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich erklärt. In den einzelnen Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Aufbauelemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Außerdem beschränkt die nachstehend beschriebene Ausführungsform den technischen Umfang der Erfindung und die Bedeutung der Terminologie in den Patentansprüchen nicht.
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1 zeigt den schematischen Aufbau eines Laseroszillators 1 bei einer vorliegenden Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass in 1 Signalleitungen gestrichelt dargestellt sind, Stromleitungen durch dicke Linien dargestellt sind und Schaltungen durch durchgehende Linien dargestellt sind. Der Laseroszillator 1 ist zum Beispiel ein Faserlaseroszillator, doch kann er auch ein anderer Festkörperlaseroszillator, ein Gaslaseroszillator, ein Halbleiterlaseroszillator oder dergleichen sein. Der Laseroszillator 1 weist einen optischen Abschnitt 10, der einen Laserstrahl erzeugt, einen Stromquellenabschnitt 20, der elektrisch mit dem optischen Abschnitt 10 verbunden ist, und ein Stromkabel 30, das den optischen Abschnitt 10 und den Stromquellenabschnitt 20 elektrisch verbindet, auf. Das Stromkabel 30 ist durch ein Anschlusselement wie etwa einen Steckverbinder lösbar an wenigstens eines aus dem optischen Abschnitt 10 und dem Stromquellenabschnitt 20 angeschlossen. Der optische Abschnitt 10 kann eine oder mehrere optische Einheiten 12 umfassen, und der Stromquellenabschnitt 20 kann eine oder mehrere Stromquelleneinheiten 22 umfassen. Je nach der Anzahl dieser Einheiten können mehrere Stromkabel 30 vorhanden sein, wobei jedes Stromkabel 30 lösbar an wenigstens eines aus einer optischen Einheit 12 und einer Stromquelleneinheit 22 angeschlossen ist.
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Die optische Einheit 12 umfasst eine oder mehrere Laserresonatoreinheiten (LCU1, LCU2 usw.), eine Strahlkombinierereinheit (BCU1 usw.) und dergleichen. Die Laserresonatoreinheit umfasst eine Anregungslichtquelle, ein Lasermedium und dergleichen, was aber nicht dargestellt ist. Die Anregungslichtquelle ist zum Beispiel eine Laserdiode, kann aber auch eine andere Lichtquelle wie etwa eine Lampe oder dergleichen sein. Die Anregungslichtquelle wird von der Stromquelleneinheit 22 über das Stromkabel 30 mit Strom versorgt. Das Lasermedium ist beispielsweise eine Faser zur Verstärkung, kann aber auch ein anderes Festkörperlasermedium oder ein Gaslasermedium sein. Die Strahlkombinierereinheit umfasst einen Strahlkombinierer, eine Führungslichtquelle, Sensoren und dergleichen, was aber nicht dargestellt ist. Der Strahlkombinierer kombiniert das von der einen oder den mehreren Laserresonatoreinheiten oszillierte Laserlicht und erzeugt einen Laserstrahl mit einer hohen Ausgangsleistung. Die Führungslichtquelle ist zum Beispiel eine Laserdiode und wird von der Stromquelleneinheit 22 über das Stromkabel 30 mit Strom versorgt. Die Sensoren umfassen zum Beispiel Messsensoren, die den Laserausgang und die Rückkehrlichtmenge messen, einen Alarm und dergleichen, und werden von der Stromquelleneinheit 22 über das Stromkabel 30 mit Strom versorgt. Die optischen Einheiten 12 wie die Laserresonatoreinheiten, die Strahlkombinierereinheit usw. können durch Verschweißen von optischen Fasern 31 verbunden werden.
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Die Stromquelleneinheit 22 umfasst eine oder mehrere Laserstromquelleneinheiten (LPU1, LPU2 usw.), eine andere Stromquelleneinheit (nicht dargestellt) und dergleichen. Die Laserstromquelleneinheit umfasst eine Steuerschaltung, die den Strom, der der Anregungslichtquelle der optischen Einheit 12 geliefert wird, steuert, was aber nicht dargestellt ist, und versorgt die Anregungslichtquelle über das Stromkabel 30 mit Strom. Die andere Stromquelleneinheit versorgt die Führungslichtquelle, die Sensoren und dergleichen der optischen Einheit 12 über das Stromkabel 30 mit Strom.
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Der Laseroszillator 1 kann ferner einen Eingangsabschnitt 40 umfassen, in den wenigstens eines aus elektrischer Leistung und Signalen eingebracht wird. Der Eingangsabschnitt 40 ist an eine Hauptstromquelle, eine Steuervorrichtung, eine Maschine und dergleichen außerhalb des Oszillators angeschlossen und an eine Warnleuchte (AL), Sensoren (SN1, SN2 usw.), einen Entfeuchter (DEH) und dergleichen in dem Oszillator angeschlossen. Der Eingangsabschnitt 40 umfasst einen Hauptschutzschalter (MBR) 41 zur Verhinderung eines Überstroms und dergleichen, Zweigschutzschalter (BR) 44, eine Sicherheitsschaltung (SC) 42 und einen elektromagnetischen Kontaktgeber (MC) 43, um die Schaltungen sicher ein- und auszuschalten, eine Steuerstromquelleneinheit (PU) 45 und eine Steuereinheit (CU) 46 zum Steuern des Laseroszillators 1 und dergleichen.
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Der Laseroszillator 1 kann ferner einen Optionsabschnitt 50 umfassen, der selektiv mit sekundären Einheiten versehen wird. Sekundäre Einheiten umfassen einen Faserkoppler (FC) 51, um den Faserdurchmesser zu ändern, eine Strahlverzweigungseinheit (nicht dargestellt), um den gebildeten Laserstrahl zu mehreren optischen Fasern zu verzweigen, und dergleichen. Der optische Abschnitt 10 und der Optionsabschnitt 50 können durch Verschweißen von optischen Fasern 31 verbunden werden. Der Optionsabschnitt 50 ist über eine optische Faser 31 an einen Bearbeitungskopf 60 außerhalb des Oszillatorabschnitts angeschlossen.
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2A zeigt den schematischen Aufbau des Laseroszillators 1 bei der vorliegenden Ausführungsform. Der Laseroszillator 1 umfasst einen ersten Aufbaukörper 11, in dem der optische Abschnitt 11 angeordnet ist, und einen zweiten Aufbaukörper 21, in dem der Stromquellenabschnitt 20 angeordnet ist. Der erste Aufbaukörper 11 und der zweite Aufbaukörper 21 sind aus einem starren Material wie etwa einem Metall als Rahmenaufbau (Gerüst), als Plattenaufbau oder als Kombination aus diesen Aufbauten ausgeführt. Der erste Aufbaukörper 11 ist durch Befestigungsmittel wie etwa Schrauben oder durch Eingreifelemente wie etwa Vorsprünge und Vertiefungen abnehmbar mit dem zweiten Aufbaukörper 21 gekoppelt.
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Wie in 2A gezeigt ist, kann der optische Abschnitt 10 mehrere optische Einheiten 12 umfassen und der Stromquellenabschnitt 20 mehrere Stromquelleneinheiten 22 umfassen. Je nach der Anzahl dieser Einheiten sind mehrere Stromkabel 30 vorhanden, wobei jedes Stromkabel 30 lösbar an wenigstens eines aus einer optischen Einheit 12 und einer Stromquelleneinheit 22 angeschlossen ist. Die Stromkabel 30 können auch entlang des zweiten Aufbaukörpers 21, in dem der Stromquellenabschnitt 22 angeordnet ist, fixiert sein. Dadurch wird das Eindringen von Rauschen in die Stromkabel 30 erschwert und die Strahlqualität verbessert.
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Der Laseroszillator 1 kann eine Kühlmediumleitung 32 umfassen, die durch ein Anschlusselement wie etwa einen Koppler abnehmbar an den optischen Abschnitt 10 angeschlossen ist. In der Kühlmediumleitung 32 fließt ein Medium zum Kühlen des optischen Abschnitts 10 wie zum Beispiel Kühlwasser oder dergleichen. Je nach der Einheitsanzahl der optischen Einheiten 12 sind mehrere Kühlmediumleitungen 32 vorhanden, wobei jede Kühlmediumleitung 32 lösbar mit einer optischen Einheit 12 verbunden ist. Um den Raum für die Einrichtung der Stromkabel 30 und der Kühlmediumleitungen 32 sicherzustellen, kann im Inneren des ersten Aufbaukörpers 11 und des zweiten Aufbaukörpers 21 ein Rahmen oder eine Platte ausgebildet werden und können die Stromkabel 30 und die Kühlmediumleitungen 32 entlang des Rahmens oder der Platte fixiert werden.
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2B zeigt ein Beispiel für einen optischen Abschnitt 10, der von dem Stromquellenabschnitt 20 getrennt wurde. Bei dem Laseroszillator 1 des vorliegenden Beispiels kann der optische Abschnitt 10 nur durch Abnehmen der Stromkabel 30 (und, falls nötig, der Kühlmediumleitungen 32, auch im Folgenden) von den optischen Einheiten 12 und Trennen des ersten Aufbaukörpers 11, in dem die optischen Abschnitte 10 angeordnet sind, von dem zweiten Aufbaukörper 21, in dem die Stromquellenabschnitte 22 angeordnet sind, als Ganzes ausgetauscht werden. Dadurch wird eine Tätigkeit zum Verschweißen von optischen Fasern 31 vor Ort nicht nötig, sondern wird es möglich, die Tätigkeit des Verschweißens gefahrlos in einem anderswo eingerichteten hochgradigen Reinraum vorzunehmen. Außerdem wird es auch möglich, durch Durchtrennen von optischen Fasern 31 nur beschädigte optische Einheiten 12 auszutauschen. Die Wartung vor Ort wird durch Koppeln des ersten Aufbaukörpers, in dem ein neuer optischer Abschnitt 10 angeordnet wurde, mit dem zweiten Aufbaukörper 21, in dem der Stromquellenabschnitt 20 angeordnet ist, und Anschließen der Stromkabel 30 abgeschlossen. Folglich kann der Laseroszillator 1 innerhalb einer kurzen Zeit wiederhergestellt werden und die Ausfallszeit des Laseroszillators 1 verkürzt werden.
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Da der erste Aufbaukörper 11, in dem der optische Abschnitt 10 angeordnet ist, ein beträchtliches Gewicht aufweist, kann der Laseroszillator 1 ferner mit einem Transportmittel 13 zum Transportieren des ersten Aufbaukörpers 11 versehen sein. Dieses Transportmittel 13 kann zum Beispiel eine Eingreifeinrichtung für einen Gabelstapler oder eine Transportöse für einen Kran sein.
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Die Stromkabel 30 brauchen nicht lösbar an die optischen Einheiten 12, sondern nur lösbar an die Stromquelleneinheiten 22 angeschlossen zu sein. In diesem Fall können die Stromkabel 30 entlang des ersten Aufbaukörpers 11, in dem der optische Abschnitt 10 angeordnet ist, fixiert werden und das Eindringen von Rauschen in die Stromkabel 30 erschwert werden. Beim Austausch des optischen Abschnitts 10 wird der optische Abschnitt 10 in einem Zustand, in dem die Stromkabel 30 an den optischen Abschnitt 10 angeschlossen sind, als Ganzes ausgetauscht. Und wenn der Stromquellenabschnitt 20 beschädigt ist, wird es möglich, Stromkabel 30 von Stromquelleneinheiten 22 abzunehmen und nur beschädigte Stromquelleneinheiten 22 auszutauschen.
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3 zeigt ein Beispiel für einen mit einer Tür versehenen Gehäusekörper 70. Der Laseroszillator 1 kann ferner einen mit einer Tür versehenen Gehäusekörper 70 umfassen. Der Gehäusekörper 70 nimmt den ersten Aufbaukörper 11, in dem der optische Abschnitt 10 angeordnet ist, und den zweiten Aufbaukörper 21, in dem der Stromquellenabschnitt 20 (und, falls erforderlich, der Eingangsabschnitt 40) angeordnet ist, auf. Der Gehäusekörper 70 umfasst eine Tür (nicht dargestellt), die in einer aus der X-Richtung, der Y-Richtung und der Z-Richtung geöffnet werden kann, und es ist günstig, wenn das Innere des Oszillators dicht verschlossen ist, wenn die Tür 70 geschlossen ist. Durch diese Tür 70 wird nicht nur ein Austausch des optischen Abschnitts 10, sondern auch ein Austausch des Stromquellenabschnitts 20 oder des Eingangsabschnitts 40 einfach. Wenn der Stromquellenabschnitt 20 oder der Eingangsabschnitt 40 ausgetauscht werden soll, wird ein Austausch von Stromquelleneinheiten 22, der Steuereinheit 46 und dergleichen als einzelne Einheiten möglich.
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Der Laseroszillator 1 kann ferner einen dritten Aufbaukörper 71 umfassen, in dem der Optionsabschnitt (nicht dargestellt) angeordnet wird. Der dritte Aufbaukörper 71 wird in dem Gehäusekörper 70 aufgenommen. Durch den dritten Aufbaukörper 71 kann leicht verschiedenen sekundären Einheiten entsprochen werden.
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4 zeigt ein Beispiel für die Anordnung der einzelnen Aufbauelemente. Bei dem oben beschriebenen Laseroszillator 1 zeigt der erste Aufbaukörper 11, in dem der optische Abschnitt 10 angeordnet ist, eine Quaderform und der zweite Aufbaukörper 21, in dem der Stromquellenabschnitt 20 angeordnet ist, eine L-Form. Es ist günstig, wenn der erste Aufbaukörper 11 oberhalb des zweiten Aufbaukörpers 21 angeordnet ist. Dadurch wird der Austausch des optischen Abschnitts 10 einfach. Durch Anordnen des Eingangsabschnitts 40 an der Seite des zweiten Aufbaukörpers 21 und des Stromquellenabschnitts 20 unten in dem zweiten Aufbaukörper 21 kann ein platzsparender Laseroszillator 1 bereitgestellt, der im Hinblick auf die Beziehung der Größen der einzelnen Aufbauelemente und der Leitungsführung platzsparend ist.
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5 zeigt ein Abwandlungsbeispiel für die Anordnung der einzelnen Aufbauelemente. Bei dem Laseroszillator 1 des vorliegenden Beispiels zeigt sowohl der erste Aufbaukörper 11, in dem der optische Abschnitt 10 angeordnet ist, als auch der zweite Aufbaukörper 21, in dem der Stromquellenabschnitt 20 angeordnet ist, eine Quaderform. Der erste Aufbaukörper 11 ist an der Seite des zweiten Aufbaukörpers 21 angeordnet. Dadurch wird der Austausch des optischen Abschnitts 10 einfach. Durch Anordnen des Eingangsabschnitts 40 oberhalb des zweiten Aufbaukörpers 21 und Anordnen des Stromquellenabschnitts 22 unten in dem zweiten Aufbaukörper 21 kann ein in der Längsrichtung platzsparender Laseroszillator 1 bereitgestellt werden.
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6 zeigt ein anderes Abwandlungsbeispiel für die Anordnung der einzelnen Aufbauelemente. Bei dem Laseroszillator 1 des vorliegenden Beispiels zeigt sowohl der erste Aufbaukörper 11, in dem der optische Abschnitt 10 angeordnet ist, als auch der zweite Aufbaukörper 21, in dem der Stromquellenabschnitt 20 angeordnet ist, eine Quaderform. Der erste Aufbaukörper 11 ist oberhalb des zweiten Aufbaukörpers 21 angeordnet. Dadurch wird der Austausch des optischen Abschnitts 10 einfach. Die optischen Einheiten 12 können nicht wie in 4 und 5 gezeigt quer, sondern längs angeordnet werden. Außerdem kann durch Anordnen des Eingangsabschnitts 40 unten in dem zweiten Aufbaukörper 40 und Anordnen des Stromquellenabschnitts 20 oben in dem zweiten Aufbaukörper 21 ein in der Querrichtung platzsparender Laseroszillator 1 bereitgestellt werden.
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Durch die oben beschriebene Ausführungsform kann ein Laseroszillator 1 bereitgestellt werden, bei dem der optische Abschnitt 10 nur durch Lösen der Stromkabel 30 und Trennen des ersten Aufbaukörpers 11, in dem der optische Abschnitt 10 angeordnet ist, von dem zweiten Aufbaukörper 21, in dem der Stromquellenabschnitt 20 angeordnet ist, als Ganzes ausgetauscht werden kann. Die Wartung vor Ort wird durch Koppeln des ersten Aufbaukörpers, in dem ein neuer optischer Abschnitt 10 angeordnet wurde, mit dem zweiten Aufbaukörper 21, in dem der Stromquellenabschnitt 20 angeordnet ist, und Anschließen der Stromkabel 30 abgeschlossen. Folglich kann der Laseroszillator 1 innerhalb einer kurzen Zeit wiederhergestellt werden und die Ausfallszeit des Laseroszillators 1 verkürzt werden. Daher kann ein Laseroszillator 1 mit verbesserter Wartungsfreundlichkeit bereitgestellt werden.
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In der vorliegenden Beschreibung wurden verschiedene Ausführungsweisen erklärt, doch versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsweisen beschränkt ist, sondern innerhalb des Bereichs der nachstehenden Patentansprüche verschiedene Änderungen vorgenommen werden können.
