DE10394177B4

DE10394177B4 - Laseroszillator

Info

Publication number: DE10394177B4
Application number: DE10394177T
Authority: DE
Inventors: Shuichi Fujikawa; Takafumi Kawai; Keisuke Furuta; Masaki Seguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: US7386022B2; JPWO2004084364A1; US20060153258A1; CN1751420A; CN100379099C; DE10394177T5; WO2004084364A1; JP3897045B2

Abstract

Laseroszillator umfassend:
ein Anregungslichtquellenmodul (5), in dem ein Kühlwasserkanal zur Kühlung der Anregungslichtquelle eingeformt ist;
einen Lichtkondensatorblock (1), welcher eine Durchgangsbohrung (101) zur Aufnahme eines Lasermediums (6) und eine Öffnung (102) zum Einbringen von Anregungslicht des Anregungslichtquellenmoduls (5) in die Durchgangsbohrung (101) aufweist;
eine Endplatte (2), die an einem Ende des Lichtkondensatorblocks (1) befestigt ist, in welcher ein Kühlwasserkanal zum Durchführen von Kühlwasser zu dem Lichtkondensatorblock (1) und ein Kühlwasserkanal zum Durchführen von Kühlwasser zu dem Anregungslichtquellenmodul (5) eingeformt sind;
ein an der Endplatte (2) befestigtes und abgedichtetes Durchflussrohr (4) zur Ausbildung einer Kühlwasserpassage für das Lasermedium (6); wobei
in der Vorderfläche der Endplatte (2) ein Wasserzufuhreinlass (202) des Kühlwasserkanals zur Durchführung des Kühlwassers in das Anregungslichtquellenmodul (5) vorgesehen ist, und eine mit dem Kühlwasserkanal des Anregungslichtquellenmoduls (5) kommunizierende Öffnung (203) des Kühlwasserkanals auf einer senkrecht zur Vorderfläche angeordneten Seitenfläche der Endplatte (2) vorgesehen...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine durch Laserdioden (hiernach als LD bezeichnet) angeregte Festkörperlaservorrichtung, die LDs als Anregungslichtquellen verwendet und einen Lichtkondensator, der mit der Vorrichtung verwendet wird.
Technischer Hintergrund
Bei einer herkömmlichen LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung wurde ein Lichtkondensator zur Beschränkung des Anregungslichts auf die Umgebung des Festkörperlasermediums und eine Durchflussröhre zum Wasserkühlen des Festkörperlasermediums direkt an den die Anregungseinheit tragenden Seitenplatten befestigt. Zusätzlich waren Kühlsysteme für die LDs und für das Festkörperlasermedium unabhängig voneinander und nur Kühlwasser für das Festkörperlasermedium wurde durch die Seiteplatten zugeführt und abgeleitet (siehe Patentdokument 1).

Patentdokument 1: Japanisches, offengelegtes Patent Nr. JP 2000/277837 A (4).

Da eine herkömmliche, LD-angeregte Festkörperlaservorrichtung so angeordnet war, dass ein Lichtkondensator zur Beschränkung des Anregungslichts auf die Umgebung des Festkörperlasermediums und die Durchflussröhre zum Wasserkühlen des Festkörperlasermediums direkt an den Seiteplatten zum Tragen der Anregungseinheit befestigt war, war es problematisch, die Anregungsvorrichtung genau und einfach anzubauen.
Weiterhin sind Kühlwasserrohrsysteme zum Kühlen der LDs, die Anregungslichtquellen sind, und zum Kühlen des Festkörperlasermediums unabhängig voneinander. Das Kühlwasser für das Festkörperlasermedium wird durch die Seitenplatten, die die Anregungseinheiten halten, zugeführt und abgeleitet, während, um die LDs zu kühlen, ein davon unabhängiges Rohrsystem vorgesehen werden muss, um Kühlwasser zuzuführen und abzuleiten. Daher gab es das Problem, dass die herkömmliche, LD-angeregte Festkörperlaservorrichtung Rohrkomponenten in Übereinstimmung mit der Vielzahl von Kühlvorrichtungen benötigte und daher die Anzahl der Komponenten und der Mannstunden für den Zusammenbau ansteigen.
Weiterhin gab es ein weiteres Problem damit, dass Rohreinheiten zum Zuführen von Kühlwasser zu Wasserlecks führen und zu einer Abnahme der Zuverlässigkeit der LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung.
Aus der DE 195 15 704 A1 ist ein gekühlter diodengepumpter Festkörperlaser mit einem Festkörperlaserstab bekannt, wobei mindestens ein transversal in den Festkörperlaserstab einstrahlendes Pumpmodul mit einem Kühlkanal für Kühlmittel vorgesehen ist. Das Pumpmodul ist längs der Achse des Festkörperlaserstabs angeordnet und umfasst mindestens zwei Laserdiodenarrays, die jeweils auf in Richtung des Festkörperlaserstabs nebeneinander angeordneten Kühlkörpern aufgebracht sind, die untereinander über dem Kühlkanal thermisch verbunden sind. Die durch das Pumpmodul geführten Kühlkanäle sind ein- und ausgangsseitig als Kühlrohr ausgebildet, dessen Achse parallel zur Achse des Festkörperlaserstabs angeordnet ist.
Aus der DE 195 48 635 A1 ist eine Festkörperlaservorrichtung mit einem Festkörperelement, das ein aktiviertes Festkörpermedium enthält, einem Strömungsrohr, das durch ein zu kühlendes Festkörperelements verwendetes Kühlmedium fließt, einer Lichtsammelvorrichtung, die das Festkörperelement umgibt und das Strömungsrohr hält, eine Erregungslichtquelle, die außerhalb der Lichtsammelvorrichtung angeordnet ist und mindestens einem Öffnungsbereich, der in der Lichtsammelvorrichtung vorgesehen ist und zum Leiten des Anregungslichts dient, bekannt.
Aus der DE 195 15 635 A1 ist ein diodengepumpter Hochleistungsfestkörperlaser mit einem Festkörperlaserstab bekannt, mit mindestens einem zur Achse des Festkörperlaserstabs parallel angeordneten Pumpmodul, welches mindestens zwei temperaturstabilisierte Laserdiodenarrays umfasst, wobei die Laserdiodenarrays jeweils eines Pumpmoduls in der Reihenfolge abnehmender Emissionswellenlänge, bezogen auf die gleiche Betriebstemperatur, angeordnet sind.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um solche Probleme zu vermeiden und zielt darauf hin, ein Lichtkondensatormodul zu realisieren, das einfach zusammenzubauen ist und keine Rohrleitungen zum Zuführen von Kühlwasser für die LD-Module benötigt und eine LD-angeregte Festkörperlaservorrichtung, die dieses Lichtkondensatormodul umfasst.
Um dieses Ziel zu erreichen umfasst eine LD-angeregte Festkörperlaservorrichtung in einem ersten Aspekt: Einen Lichtkondensatorblock, der eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines Lasermediums aufweist und eine Öffnung zum Einbringen von Anregungslicht von einer Anregungslichtquelle in die Durchgangsbohrung; eine Endplatte, die an einem Ende des Lichtkondensatorblocks befestigt ist, in der ein Kühlwasserkanal zum Zuführen von Kühlwasser zu dem Lichtkondensatorblock und ein Kühlwasserkanal zum Zuführen von Kühlwasser zu dem Anregungslichtmodul eingeformt ist; ein Durchflussrohr, das an der Endplatte befestigt und an ihr abgedichtet ist zur Ausbildung einer Kühlwasserpassage für das Lasermedium; und ein Anregungslichtquellenmodul, in dem ein Kühlwasserkanal, der mit dem Kühlwasserkanal für die Anregungslichtquelle in der Endplatte, der an einer Seitenfläche der Endplatte vorgesehen ist, kommuniziert, zur Kühlung seiner Anregungslichtquelle eingeformt ist.
Darüber hinaus ist die Anregungslichtquelle mittels eines Befestigungsmittels an der Endplatte befestigt.
Weiterhin wird die Zufuhr von Kühlwasser in den Lichtkondensatorblock durch eine Vorderfläche der Endplatte in das Durchflussrohr geleitet und die Zufuhr von Kühlwasser in das Anregungslichtquellenmodul wird unter Umgehung der Vorderfläche der Endplatte in eine Seitenfläche der Endplatte geführt.
Darüber hinaus ist ein Kühlwasserzufuhreinlass in der Endplatte vorgesehen, um einen Zufluss in den Lichtkondensatorblock zu ermöglichen, um den Lichtkondensatorblock mit Kühlwasser von der Endplatte zu kühlen.
Weiterhin umfasst eine LD-angeregte Festkörperlaservorrichtung: einen Lichtkondensatorblock, der eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines Festkörperlasermediums aufweist und eine Öffnung zum Einbringen von Anregungslicht in die Durchgangsbohrung von einer Anregungslichtquelle aus; eine Wasserzufuhrplatte, die an einem Ende des Lichtkondensatorblocks befestigt ist, in der ein Kühlwasserkanal zum Führen von Kühlwasser zu dem Lichtkondensatorblock und ein Kühlwasserkanal zum Führen von Kühlwasser zu dem Anregungslichtmodul eingeformt ist; eine Wasserauslassplatte, die an dem anderen Ende des Lichtkondensatorblocks befestigt ist, in der ein Wasserauslasskanal zum Auslassen von Wasser, das den Lichtkondensatorblock gekühlt hat und einen Wasserauslasskanal zum Auslassen von Wasser, das das Anregungslichtquellenmodul gekühlt hat, eingeformt sind; ein Durchflussrohr, das an der Wassereinlassplatte und der Wasserauslassplatte befestigt ist und abgedichtet ist zur Ausbildung einer Kühlwasserpassage für das Lasermedium; ein Anregungslichtquellenmodul, in dem ein Kühlwasserkanal, der mit dem Wasserkanal für die Anregungslichtquelle in der Wasserzufuhrplatte, der an einer Seitenfläche der Wasserzufuhrplatte vorgesehen ist, und mit dem Wasserkanal für die Anregungslichtquelle, der an einer Seitenplatte der Wasserauslassplatte vorgesehen ist, in der Wasserauslassplatte kommuniziert, eingeformt ist, zur Kühlung seiner Anregungslichtquelle; Seitenplatten, die beide Seiten des Lichtkondensationsblocks befestigen, in denen jeweils eine Wasserzufuhrkupplung und eine Wasserauslasskupplung für Kühlwasser vorgesehen sind; und Befestigungsverschlüsse für das Festkörperlasermedium zum Befestigen beider Enden des Festkörperlasermediums und zum Abdichten von Durchflusskanälen für zugeführtes/abgeleitetes Kühlwasser in Räumen, die durch Befestigung der Verschlüsse mit den Seitenplatten eingeschlossen sind.
Weiterhin ist eine der Seitenplatten integral mit der Wasserzufuhrplatte ausgeformt und die andere Seiteplatte ist integral mit der Wasserauslassplatte ausgeformt und jeder der Befestigungsverschlüsse für das Festkörperlasermedium und jede Seitenplatte und der Lichtkondensatorblock sind mit einem einzigen Befestigungsmittel befestigt.
Weiterhin wird eine Keramik verwendet als diffus reflektierendes Material für den Lichtkondensatorblock.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Lichtkondensatormodul in der Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine detaillierte Struktur des Lichtkondensatorblocks des Ausführungsbeispiels 1 der Erfindung zeigt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zur Befestigung eines LD-Moduls, das eine Anregungslichtquelle ist, an dem Lichtkondensatormodul des Ausführungsbeispiels 1 der Erfindung zeigt.
4 ist eine schematische Durchschnittsdarstellung, die eine Struktur einer LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung zeigt, die das Lichtkondensatormodul und die LD-Module des Ausführungsbeispiels 1 der Erfindung zeigt.
5 ist eine schematische Durchschnittsdarstellung, die eine Struktur einer LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung des Ausführungsbeispiels 2 der Erfindung zeigt.
6 ist eine schematische Durchschnittsdarstellung, die eine Struktur einer LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung des Ausführungsbeispiels 3 der Erfindung zeigt.
Bevorzugte Weise zur Ausführung der Erfindung
Ausführungsbeispiel 1
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Lichtkondensatormodul in der Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
In 1 ist ein Lichtkondensatorblock 1, der die Form eines quadratischen Prismas hat, aus einem diffus reflektierenden Material vorgesehen, das aus einer Keramik zusammengesetzt ist. Schlitzöffnungen 102 sind an den vier Seitenoberflächen des Lichtkondensatorblocks 1 vorgesehen.
Ein Stabwasserzufuhreinlass 201 und LD-Wasserzufuhreinlass 202 sind in dem zentralen Bereich einer Wasserzufuhrplatte 2 vorgesehen, die an einem Ende des Lichtkondensatorblocks 1 befestigt ist und ein LD-Kühlwasserauslass 203 ist in jeder derer Seitenflächen vorgesehen. Flusskanäle sind in der Wasserzufuhrplatte 2 eingeformt, so dass die LD Wasserzufuhreinlässe 202 und die LD-Kühlwasserauslässe 203 miteinander verbunden sind. Zusätzlich sind in der Wasserzufuhrplatte 2, LD-Befestigungsschraubenlöcher 204 zum Befestigen von LD-Modulen, die Anregungslichtquellen sind, Lichtkondensatorbefestigungslöcher 205 zur Befestigung des Lichtkondensatorblocks 1 an der Wasserzufuhrplatte 2 und Seitenplattenbefestigungslöcher 206 zur Kombination mit einer Wasserzufuhr/auslassseitenplatte eingeformt.
Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Wasserauslassplatte, die an dem anderen Ende des Lichtkondensatorblocks 1 befestigt ist, die eine Form und Struktur aufweist, die symmetrisch zu der Wasserzufuhrplatte 2 ist. In der Wasserauslassplatte sind Stabwasserauslassauslässe 301 korrespondierend zu den Stabwassereinlasseinlässen 201 und LD-Wasserauslassauslässe 302 korrespondierend zu den LD-Wassereinlasseinlässen 202 eingeformt. LD-Kühlwassereinlässe 303 sind an den Seitenflächen der Wasserauslassplatte 3 vorgesehen und LD-Befestigungsschraubenlöcher 304 und Lichtkondensatorbefestigungslöcher 305 sind in der Wasserauslassplatte 3 eingeformt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine detaillierte Struktur des Lichtkondensatorblocks 1, der in dem Lichtkondensatormodul, das im Ausführungsbeispiels 1 der Erfindung gezeigt ist, verwendet wird. In 2 bezeichnet das Bezugszeichen 101 eine Durchgangsbohrung, die durch das Zentrum des Lichtkondensatorblocks 1 hindurchfährt und Schlitzöffnungen 102 sind in den Seitenflächen des Lichtkondensatorblocks 1 so eingeformt, dass die Durchgangsbohrung 101 erreicht wird. Bezugszeichen 103 bezeichnet Wassereinlassplattenbefestigungsschraubenlöcher, die an einem Ende des Lichtkondensatorblocks zur Befestigung der Wasserzufuhrplatte 2 eingeformt sind. An dem anderen Ende des Lichtkondensatorblocks 1 sind Wasserauslassplattenbefestigungsschraubenlöcher zur Befestigung der Wasserauslassplatte 3 eingeformt. Die Schraubenlöcher korrespondieren jeweils mit den Lichtkondensatorbefestigungslöchern 205 und 305.
Bezugszeichen 4 bezeichnet ein Durchgangsrohr, das in der Durchgangsbohrung 101 des Lichtkondensatorblocks 1 installiert ist. Das Durchgangsrohr ist aus einem Material zusammengesetzt, das bezüglich der Wellenlänge der LDs, die als Anregungslichtquelle verwendet werden, transparent ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird Quarz als Material für das Durchgangsrohr 4 verwendet. Weiterhin sind beide Enden des Durchgangsrohrs 4 abgedichtet und befestigt durch die Wasserzufuhrplatte 2 und der Wasserauslassplatte 3.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zur Befestigung eines LD-Moduls, das eine Anregungslichtquelle ist, mit dem in 1 gezeigten Lichtkondensatormodul zeigt. In 3 sind in dem LD-Modul 5, das eine Anregungslichtquelle ist, eine Vielzahl (sechs in dem Ausführungsbeispiel) von LD-Paketen 501, die durch Kopplung von LD-Barren konfiguriert sind, die die Hauptkörper der Lichtemissionseinheit sind, parallel an einem wasserkühlenden Kühlkörper befestigt sind. Der wasserkühlende Kühlkörper der LD-Pakete wird mit Kühlwasser aus einem Verteilerrohr 502 versorgt. Weiterhin sind LD-Befestigungslöcher 503 zur Befestigung des LD-Moduls 5 an dem Lichtkondensatormodul 1 in dem Verteilerrohr 502 eingeformt, das durch LD-Befestigungsbolzen 507, die in ein LD-Befestigungsloch 204 in der Wasserzufuhrplatte 2 und ein LD-Befestigungsloch 304 in der Wasserauslassplatte 3 geschraubt sind, befestigt wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die Lichtemittiereinheit in dem LD-Modul 5 und die Schlitzöffnungen 102 in dem Lichtkondensatorblock 1 so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen und Anregungslicht, das von dem LD-Modul 5 emittiert wird, passiert durch die Schlitzöffnung 102 in die Durchgangsbohrung 101 in dem in 2 gezeigten Lichtkondensatorblock 1.
Weiterhin sind Flusskanäle des Kühlwassers in dem Verteilerrohr 502 in dem LD-Modul 5 eingeformt und Kühlwasser wird von dem LD-Kühlwasserauslass 203 in der Wassereinlassplatte 2 durch den Flusskanal innerhalb des Verteilerrohrs zu dem wassergekühlten Kühlkörper in dem LD- Paket 501 geleitet. Dann wird das Kühlwasser, das das LD-Paket 501 gekühlt hat, durch den Flusskanal innerhalb des Verteilerrohrs in den LD-Kühlwassereinlass 303 in der Wasserauslassplatte 3 ausgelassen.
Zusätzlich, obwohl ein Verfahren zur Befestigung eines LD-Moduls 5 an nur einer Seitenfläche des Lichtkondensatormoduls in 3 gezeigt ist, werden andere LD-Module 5 ebenso an den übrigen drei Seitenflächen gemäß dem identischen Verfahren befestigt.
4 ist eine schematische Durchschnittsdarstellung, die eine Struktur einer LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung zum Anregen eines Festkörperlasermediums, umfassend das Lichtkondensatormodul und die LD-Module, die in den 1 bis 3 gezeigt sind, zeigt. In dem Ausführungsbeispiel wird ein YAG (Yttrium Aluminium Garnet) Kristall, der Nd (Neodym) dotiert ist, als Aktivierungsmedium für ein Stabtyp-Festkörperlasermedium 6 verwendet. Stabbefestigungsverschlüsse 7 zum Abdichten des Kühlwassers befestigen beide Enden des Festkörperlasermediums 6. Eine Wassereinlassseitenplatte 8 ist vorgesehen, um ein Ende des Lichtkondensatormoduls zu unterstützen und um Kühlwasser dem Lichtkondensatormodul zuzuführen. Ein Wasserzufuhrdurchflusskanal 801 zum Zuführen von Kühlwasser ist innerhalb der Wasserzufuhrseitenplatte eingeformt und eine Wasserzufuhrkupplung 802 ist an einem Wasserzufuhrkanaleinlass an der Seitenfläche der Wasserzufuhrseitenplatte 8 vorgesehen. Eine Wasserauslassseitenplatte 9 ist vorgesehen, um das andere Ende des Lichtkondensatormoduls zu unterstützen und um Kühlwasser auszulassen. Ein Wasserauslassdurchflusskanal 901 zum Auslassen von Kühlwasser ist in der Wasserauslassplatte eingeformt und eine Wasserauslasskupplung 902 ist an dem Wasserauslasskanalauslass an der Seitenfläche der Wasserauslassseitenplatte 9 vorgesehen. Zusätzlich bezeichnet das Bezugszeichen 504 Kühlwasserflusswege, die schematisch in gestrichelten Linien eingezeichnet sind, die innerhalb der LD-Pakete 501 vorgesehen, die ebenfalls in gestrichelten Linien eingezeichnet sind. Ein Kühlwasserzufuhrkanal 505 und ein Kühlwasserauslasskanal 506 sind in dem Verteilerkanal 502 angeordnet.
In 4 sind Kühlwasserflüsse in der LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung zur Verdeutlichung mit Pfeilen gezeigt. Das Kühlwasser, das von der Wasserzufuhrkupplung 802 in der Wasserzufuhrseitenplatte 8 zugeführt wird, fließt durch den Wasserzufuhrkanal 801 hoch zu der Wasserzufuhrplatte 2 am Ende des Lichtkondensatormoduls. Das Kühlwasser, das die Wasserzufuhrplatte 2 erreicht hat, wird zu dem Stabwasserzufuhreinlass 201 und dem LD-Wasserzufuhreinlass 202 hin verteilt. Das Kühlwasser, das in den Stabwasserzufuhreinlass 201 geflossen war, fließt durch den Spalt zwischen der äußeren Oberfläche des Festkörperlasermediums 6 und des Durchflussrohrs 4 hoch zu der Wasserauslassplatte 3 an dem anderen Ende des Lichtkondensatormoduls, während es das Festkörperlasermedium 6 kühlt, und wird dann durch den Stabwasserauslassauslass 301 auf die Außenseite des Lichtkondensatormoduls ausgelassen. Währenddessen wird das Kühlwasser, das in den LD-Wasserzufuhreinlass geflossen war, von dem LD Kühlwasserauslass 203 dem Kühlwasserzufuhrkanal 505, der in dem Verteilerkanal 502 in dem LD-Modul eingeformt ist, zugeführt. Das Kühlwasser in dem Kühlwasserzufuhrkanal 505 wird durch den Kühlwasserflusskanal 504 in dem Kühlkörper des LD-Pakets 501 in den Kühlwasserauslasskanal 506 ausgelassen. Hier wird das LD-Paket effektiv gekühlt, wenn das Kühlwasser durch den Kühlwasserdurchflusskanal 504 hindurchfließt. Danach fließt das Kühlwasser, das in den Kühlwasserauslasskanal 506 ausgelassen wird, in den Kühlwassereinlass 303, der in der Wasserauslassplatte 3 des Lichtkondensatormoduls vorgesehen ist und wird dann durch den LD-Wasserauslassauslass 302 in der Wasserauslassplatte 3 auf die Außenseite des Lichtkondensatormoduls ausgelassen. Das Kühlwasser, das das LD-Modul 5 und das Festkörperlasermodul 6 gekühlt hat und dann auf die Außenseite des Lichtkondensatormoduls ausgelassen wurde, fließt durch den Wasserauslassdurchflusskanal 901 in der Wasserauslassplatte 9 und wird durch die Wasserauslassauslasskupplung 902 auf die Außenseite der LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung ausgelassen.
In der Zwischenzeit passiert das von dem LD-Modul 5 emittierte Licht durch die Schlitzöffnungen 102, die in der Seitenfläche des Lichtkondensatorblocks 1 vorgesehen sind, in die Durchgangsbohrung 101 in dem Lichtkondensatorblock 1 und regt das Festkörperlasermedium 6 durch das Durchflussrohr 4 und das Kühlwasser hindurch an. Eine invertierte Verteilung korrespondierend mit den Laserniveaus wird in dem angeregten Festkörperlasermedium 6 erzeugt und ein Laserlichtstrahl kann aus dem angeregten Festkörperlasermedium 6 entnommen werden durch Anordnung von Lichtresonatoren an beiden Enden des Festkörperlasermediums 6, die aus einem totalreflektierenden Spiegel und einem teilreflektierenden Spiegel zusammengesetzt sind. Zusätzlich, weil das Anregungslicht, das von dem LD-Modul emittiert wird, effektiv innerhalb der Durchgangsbohrung 101 des Lichtkondensatorblocks 1 gebündelt wird, wird das Meiste des Anregungslichts in dem Festkörperlasermedium 6 absorbiert, so dass das Festkörperlasermedium 6 effektiv angeregt werden kann. In dem Ausführungsbeispiel ist es, da eine Keramik, die ein diffus reflektierendes Material ist, als Material für den Lichtkondensatorblock 1 verwendet wird, einfach, das Festkörperlasermedium 6 gleichmäßig anzuregen, um einen hochkonzentrierten Laserstrahl zu erzeugen.
In dem Lichtkondensatormodul, das in dem Ausführungsbeispiel beschrieben ist, sind die Schlitzöffnungen 102 zum Einbringen des Anregungslichts in die Durchgangsbohrung 101 des Lichtkondensatorblocks an den Seitenflächen des Lichtkondensatorblocks 1 vorgesehen, die Wasserzufuhrplatte 2 und die Wasserauslassplatte 3 sind auf beiden Seiten des Lichtkondensatorblocks 1 angeordnet und die Mittel zur Befestigung der LD-Module 5 sind in den Seitenflächen der Wasserzufuhrplatte 2 und der Wasserauslassplatte 3 vorgesehen, wobei die lichtemittierenden Einheiten in den LD-Modulen, die Anregungslichtquellen sind, einfach und genau bezüglich der Schlitzöffnungen 102 des Lichtkondensatorblocks 1 angeordnet werden können, Anregungslicht kann effizient in die Durchgangsbohrung 101 des Lichtkondensatorblocks 1 eingebracht werden und entsprechend kann das Festkörperlasermedium 6 effizient und gleichmäßig angeregt werden, so dass ein hochkonzentrierter Laserstrahl stabil erzeugt werden kann.
Zusätzlich sind der LD-Wasserzufuhreinlass 202 und der LD-Wasserauslassauslass 302 auf der Vorderseite der Wasserzufuhrplatte 2 und der Wasserauslassplatte 3 vorgesehen, wobei die LD-Kühlwasserauslässe 203, die mit den LD-Wasserzufuhreinlässen an den Seitenfächen der Wasserzufuhrplatte 2 vorgesehen sind und die LD-Kühlwassereinlässe 303, die mit den LD-Wasserauslassauslässen kommunizieren sind auf den Seitenflächen der Wasserauslassplatte 3 angeordnet, wobei das Lichtkondensatormodul so ausgebildet ist, dass Kühlwasser direkt zu den Verteilungsrohren 502 in den LD-Modulen 5 zugeführt und abgeleitet wird durch die LD-Kühlwasserauslässe 203 und die LD-Kühlwassereinlässe 303 und entsprechend Kühlwasser von dem LD-Modul mit einer einfachen Konfiguration zugeführt und abgeleitet werden kann. Weiterhin ist es nicht notwendig, Spezialrohre oder ähnliches vorzusehen, um Kühlwasser zu dem LD-Modul zuzuführen oder davon abzuleiten, wodurch die Anzahl der Komponenten der LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung und die zum Zusammenbau benötigten Mannstunden reduziert werden und eine Verringerung der Herstellungskosten erreicht werden kann. Weiterhin wird, da Rohrleitungen oder ähnliches zum Zuführen von Kühlwasser zu dem LD-Modul nicht notwendig sind, die Zuverlässigkeit bezüglich eines Leckens des Kühlwassers verbessert. Zusätzlich, da der Druckabfall entlang des Wasserkanals reduziert wird, wenn Kühlwasser in das LD-Modul zugeführt wird, werden die Leistungsanforderungen für eine Pumpe, die Kühlwasser zuführt, reduziert, so dass ein Verkleinern der Kühlwasserzufuhr und eine Reduktion der Herstellungskosten erreicht werden kann.
Weiterhin, wenn eine LD-angeregte Festkörperlaservorrichtung so ausgebildet ist, das ein Ende des Lichtkondensatormoduls durch die Wasserzufuhrseitenplatte 8 unterstützt wird, innerhalb derer der Wasserzufuhrdurchflusskanal 801 vorgesehen ist, wobei dessen anderes Ende von der Wasserzufuhrseitenplatte 8 unterstützt ist, in der der Wasserauslassdurchflusskanal 901 vorgesehen ist und das Festkörperlasermedium 6 befestigt und abgedichtet ist mit der Wasserzufuhrseitenplatte 8 und der Wasserauslassseitenplatte 9 unter Verwendung der Stabbefestigungsverschlüsse 7 und wenn Kühlwasser zugeführt und abgeleitet wird bezüglich des Festkörperlasermediums 6 und des LD-Moduls 5 durch den Wasserzufuhrdurchflusskanal 801 der Wasserzufuhrseitenplatte 8 und den Wasserauslassdurchflusskanal 901 der Wasserauslassseitenplatte 9, dann, ohne Aufteilung des Kühlsystems zur Zufuhr von Kühlwasser von außerhalb zu der LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung in ein Kühlsystem für das Festkörperlasermedium 6 und ein Kühlsystem für die LD-Module, kann nur ein einziges System den beiden Kühlwasser zuführen und ableiten, wodurch die Konfiguration des Laserkühlsystems unter Verwendung der LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung vereinfacht werden kann, eine Verringerung der Herstellungskosten erreicht werden kann und die Zuverlässigkeit erhöht werden kann.
Weiterhin ist es nahe liegend, dass die Durchflussvolumina des Kühlwassers zu dem Festkörperlasermedium 6 und den LD-Modulen den gewünschten Durchflussvolumina zur Verteilung angepasst werden können in Übereinstimmung mit den Querschnittsflächen der Durchflusskanäle, die mit der Wasserzufuhr und der Wasserabfuhr verbunden sind, umfassend den Stabwasserzufuhreinlass 201 und den Stabwasserauslassauslass 301, der in den Wasserzufuhrplatte 2 und der Wasserauslassplatte 3 vorgesehen sind, den LD-Wasserzufuhreinlässen 202 und den LD-Wasserauslassauslässen 302 und den Kühlwasserzufuhrkanäle 505 und den Wasserauslasskanälen 506 innerhalb des Verteilungsrohres 502 in den LD-Modulen 5.
Ausführungsbeispiel 2.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Struktur einer LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Ein Lichtkondensatormodul und eine LD-angeregte Festkörperlaservorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen Konfigurationen auf, die ähnlich denen der LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung des Ausführungsbeispiels 1, die in der 4 gezeigt ist, sind. Zusätzlich hierzu ist ein Lichtkondensatorblockwasserzufuhreinlass 205 in der Wasserzufuhrplatte 2 vorgesehen und ein Lichtkondensatorblockwasserauslassauslass 306 in der Wasserauslassplatte 3 vorgesehen und ein Lichtkondensatorkühlwasserdurchflusskanal 104, der in einer Durchgangsbohrung vorgesehen ist, ist in dem Lichtkondensatorblock 1 in einer Position vorgesehen, die mit dem Lichtkondensatorblockwasserzufuhreinlass 205 in der Wasserzufuhrplatte 2 und mit dem Lichtkondensatorblockwasserauslassauslass 306 in der Wasserauslassplatte 3 übereinstimmt. In dem Ausführungsbeispiel wird Kühlwasser zugeführt und abgeführt durch die Wasserzufuhrplatte 2 und die Wasserauslassplatte 3 bezüglich des Lichtkondensatorblocks 1 gemeinsam mit dem Festkörperlasermedium 6 und den LD-Modulen 5, um eine Wasserkühlung des Lichtkondensatorblocks 1 durchzuführen.
In dem Lichtkondensatormodul gemäß dem Ausführungsbeispiel können nicht nur die gleichen Effekte wie bei dem Lichtkondensatormodul des Ausführungsbeispiels 1 erreicht werden, sondern weiterhin, da der Lichtkondensatorblock 1 wassergekühlt ist, kann die Wärmeerzeugung des Lichtkondensatorblocks 1 aufgrund des Anregungslichts effektiv unterdrückt werden und eine thermische Verformung des Lichtkondensatorblocks kann unterdrückt werden, so dass das Festkörperlasermedium zu jeder Zeit stabil angeregt werden kann. Weiterhin, da die Wärmeerzeugung durch den Lichtkondensatorblock 1 effizient unterdrückt werden kann, kann eine thermische Verformung unterdrückt werden, so dass vermieden werden kann, dass sich die Reflektivität der Innenfläche der Durchgangsbohrung 101 in dem Lichtkondensatorblock 1 verschlechtert und ein starker Bündelungseffekt des Anregungslichts kann die ganze Zeit über aufrecht erhalten werden, so dass das Festkörperlasermedium 6 effizient angeregt werden kann, wodurch die Zuverlässigkeit der LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung verbessert werden kann.
Weiterhin, da Kühlwasser von dem Lichtkondensatorblock 1 auch durch die Wasserzufuhrplatte 2 und die Wasserauslassplatte 3 zugeführt und abgeleitet wird, ist es nicht notwendig, separate Rohrleitungen oder ähnliches zur Wasserkühlung des Lichtkondensatorblocks 1 vorzusehen, wodurch die Zuverlässigkeit bezüglich des Leckens von Wasser verbessert werden kann und die Anzahl an Komponenten und Mannstunden reduziert werden kann, so dass eine Reduktion der Herstellungskosten erreicht werden kann.
Ausführungsbeispiel 3.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Struktur einer LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung im Ausführungsbeispiel 3 der Erfindung zeigt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die LD-angeregte Festkörperlaservorrichtung eine Konfiguration, in der die Wasserzufuhrplatte 2 auch als die Wasserzufuhrseitenplatte 8 dient und die Wasserauslassplatte 3 auch als Wasserauslassseitenplatte 9 dient. Die Konfiguration ist ähnlich zu der im Ausführungsbeispiel 2. Wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die Wasserzufuhrplatte 2 auch als Wasserzufuhrseitenplatte 8 dient und die Wasserauslassplatte 3 auch als Wasserauslassseitenplatte 9 dient, können nicht nur die gleichen Effekte, wie im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 2 erreicht werden, sondern es wird auch eine weitere Reduktion der Anzahl der Komponenten und der Herstellungsmannstunden möglich gemacht, so dass eine Reduktion der Herstellungskosten erreicht werden kann. Zusätzlich kann die Installationsgenauigkeit des Festkörperlasermediums 6 bezüglich des Lichtkondensatormoduls verbessert werden und das Risiko eines Wasserlecks an der Verbindung zwischen der Wasserzufuhrplatte 2 und der Wasserzufuhrseitenplatte 8 und an der Verbindung zwischen der Wasserauslassplatte 3 und der Wasserauslassseitenplatte 9 wird eliminiert, wodurch die Zuverlässigkeit der LD-angeregten Festkörperlaservorrichtung weiter verbessert werden kann.
Darüber hinaus, obwohl in den obenbeschriebenen Ausführungsbeispielen die Konfigurationen zur Anregung des Festkörperlasermediums 6, in denen der Lichtkondensatorblock 1 die Form eines quadratischen Prismas hat, verwendet wird, und die LD-Module 5 an den vier Seitenflächen des Lichtkondensatorblocks 1 angeordnet sind, beschrieben wurden, ist die Form des Lichtkondensatorblocks und die Anzahl der LD-Module nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel, in einem Fall, in dem acht LD-Module verwendet werden, wenn der Lichtkondensatorblock die Form eines oktagonalen Prismas aufweist und die LD-Module an den acht Seitenflächen des Lichtkondensatorblocks angeordnet sind, dann werden nicht nur die gleichen Effekte, wie in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, erreicht, sondern das Festkörperlasermedium kann zu einer hohen Dichte angeregt werden, so dass der Laserstrahl noch effizienter ausgekoppelt werden kann und die Ausgangsleistung effektiv erhöht werden kann, wobei eine einfache und kompakte Konfiguration beibehalten wird. Weiterhin, wenn eine ungerade Anzahl von LD-Modulen und ein Lichtkondensatorblock in der Form eines ungeradzahligen Prismapolygons verwendet wird, kann ein Ausstrahlen des Lichts von den LD-Modulen, die den Lichtkondensatorblock kreuzend angeordnet sind, vermieden werden und die Zuverlässigkeit der LD-Module kann verbessert werden.
Darüber hinaus wurden in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen die Konfigurationen, in denen ein stabförmiges YAG Kristall als Festkörperlasermedium verwendet wurde, beschrieben. Es wäre jedoch nahe liegend, dass die Art und die Form der Festkörperlasermedien nicht auf diese beschränk sind, sondern ein Plattentypen-Festkörperlasermedium kann, zum Beispiel, verwendet werden, um ähnliche Effekte zu erreichen.
Weiterhin wurden in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen die Konfigurationen, die eine zylindrische Durchgangsbohrung in dem Zentrum des Lichtkondensatorblocks aufweisen, beschrieben. So lange jedoch Anregungslicht effizient gebündelt werden kann, ist die Form der Durchgangsbohrung darauf nicht beschränkt.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben, ist die Anwendung verwendbar für einen Laseroszillator umfassend eine LD-angeregte Festkörperlaservorrichtung in denen Laserdioden als Anregungslichtquellen verwendet werden.

Claims

Laseroszillator umfassend: ein Anregungslichtquellenmodul (5), in dem ein Kühlwasserkanal zur Kühlung der Anregungslichtquelle eingeformt ist; einen Lichtkondensatorblock (1), welcher eine Durchgangsbohrung (101) zur Aufnahme eines Lasermediums (6) und eine Öffnung (102) zum Einbringen von Anregungslicht des Anregungslichtquellenmoduls (5) in die Durchgangsbohrung (101) aufweist; eine Endplatte (2), die an einem Ende des Lichtkondensatorblocks (1) befestigt ist, in welcher ein Kühlwasserkanal zum Durchführen von Kühlwasser zu dem Lichtkondensatorblock (1) und ein Kühlwasserkanal zum Durchführen von Kühlwasser zu dem Anregungslichtquellenmodul (5) eingeformt sind; ein an der Endplatte (2) befestigtes und abgedichtetes Durchflussrohr (4) zur Ausbildung einer Kühlwasserpassage für das Lasermedium (6); wobei in der Vorderfläche der Endplatte (2) ein Wasserzufuhreinlass (202) des Kühlwasserkanals zur Durchführung des Kühlwassers in das Anregungslichtquellenmodul (5) vorgesehen ist, und eine mit dem Kühlwasserkanal des Anregungslichtquellenmoduls (5) kommunizierende Öffnung (203) des Kühlwasserkanals auf einer senkrecht zur Vorderfläche angeordneten Seitenfläche der Endplatte (2) vorgesehen ist.
Laseroszillator gemäß Anspruch 1, wobei das Anregungslichtquellenmodul (5) an der Endplatte (2) mittels eines Befestigungsmittels (507) befestigt ist.
Laseroszillator gemäß Anspruch 2, wobei die Zufuhr des Kühlwassers in den Lichtkondensatorblock (1) durch einen zentralen Bereich der Vorderfläche der Endplatte (2) in das Durchflussrohr (4) geführt wird und die Zufuhr des Kühlwassers in das Anregungslichtquellenmodul (5) zur senkrecht zur Vorderfläche angeordneten Seitenfläche der Endplatte (2) geführt wird.
Laseroszillator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Kühlwasserzufuhreinlass zur Bereitstellung eines Flusses in den Lichtkondensatorblock (1) in der Endplatte (2) vorgesehen ist, um den Lichtkondensatorblock (1) mit Kühlwasser von der Endplatte (2) zu kühlen.
Laseroszillator umfassend: ein Anregungslichtquellenmodul (5), in dem ein Kühlwasserkanal zum Kühlen seiner Anregungslichtquelle eingeformt ist; einen Lichtkondensatorblock (1), der eine Durchgangsbohrung (101) zur Aufnahme eines Festkörperlasermediums (6) und eine Öffnung (102) zum Einbringen von Anregungslicht des Anregungslichtquellenmoduls (5) in die Durchgangsbohrung (101) aufweist; eine Wasserzufuhrplatte (2), die an einem Ende des Lichtkondensatorblocks (1) befestigt ist, in der ein Kühlwasserkanal zum Durchführen von Kühlwasser zu dem Lichtkondensatorblock (1) und ein Kühlwasserkanal zum Durchführen von Kühlwasser zu dem Anregungslichtquellenmodul (5) eingeformt sind; eine Wasserauslassplatte (3), die mit dem anderen Ende des Lichtkondensatorblocks (1) verbunden ist, in der ein Wasserauslasskanal zum Auslassen von Kühlwasser, das den Lichtkondensatorblock (1) gekühlt hat, und ein Wasserauslasskanal zum Auslassen von Wasser, das das Anregungslichtquellenmodul (5) gekühlt hat, eingeformt sind; ein Durchflussrohr (4), das an der Wasserzufuhrplatte (2) und der Wasserauslassplatte (3) befestigt und abgedichtet ist, zur Ausbildung einer Kühlwasserpassage für das Festkörperlasermedium (6); Seitenplatten (8, 9), die beide Enden des Lichtkondensatorblocks (1) halten, in denen jeweils eine Wasserzufuhrkupplung (802) und eine Wasserauslasskupplung (902) für Kühlwasser vorgesehen sind; und Befestigungsverschlüsse (7) für das Festkörperlasermedium zum Befestigen beider Enden des Festkörperlasermediums (6) und zum Abdichten der Durchflusskanäle für das zugeführte und das abgeleitete Kühlwasser innerhalb der Räume, die von den Befestigungsverschlüssen zusammen mit den Seitenplatten (8, 9) eingeschlossen werden; wobei eine mit dem in dem Anregungslichtquellenmodul (5) eingeformten Kühlwasserkanal kommunizierende Öffnung (203) des Wasserzufuhrkanals auf der Anregungslichtquellenmodulseite der Wasserzufuhrplatte (2) auf einer Seitenfläche der Wasserzufuhrplatte (2) vorgesehen ist, wobei ein Wasserzufuhreinlass (202) in der senkrecht zur Seitenfläche angeordneten Vorderfläche der Wasserzufuhrplatte (2) vorgesehen ist, und wobei eine mit dem in dem Anregungslichtquellenmodul (5) eingeformten Kühlwasserkanal kommunizierende Öffnung (303) des Wasserauslasskanals auf der Anregungslichtquellenmodulseite der Wasserauslassplatte (3) auf einer Seitenfläche der Wasserauslassplatte (3) vorgesehen ist, wobei ein Wasserauslassauslass (302) in der senkrecht zur Seitenfläche angeordneten Vorderfläche der Wasserauslassplatte (3) vorgesehen ist.
Laseroszillator gemäß Anspruch 5, wobei eine der Seitenplatten (8, 9) auch als Wasserzufuhrplatte (2) dient und die andere Seitenplatte auch als Wasserauslassplatte (3) dient.
Laseroszillator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Keramik als diffus reflektierendes Material für den Lichtkondensatorblock (1) verwendet wird.