JP2000091672A - 熱制御のための相転移物質を使用するレ―ザ―システム - Google Patents

熱制御のための相転移物質を使用するレ―ザ―システム

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JP2000091672A
JP2000091672A JP11257957A JP25795799A JP2000091672A JP 2000091672 A JP2000091672 A JP 2000091672A JP 11257957 A JP11257957 A JP 11257957A JP 25795799 A JP25795799 A JP 25795799A JP 2000091672 A JP2000091672 A JP 2000091672A
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Geoffrey O Heberle
オー． ヘベール ジオフリー
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Cutting Edge Optronics Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 よりコンパクトで、ポータブル、軽量、かつ
振動しないレーザーシステムを提供すること。 【解決手段】 受動的に冷却されたレーザーアセンブリ
である。電気的エネルギーを受容し、そして該電気的エ
ネルギーを入力光エネルギーおよび熱に転換するため
の、少なくとも１つのレーザーダイオード；該レーザー
ダイオードからの該入力光エネルギーを受容し、そして
該入力光エネルギーを出力エネルギーおよび熱に転換す
るための固体レーザー媒体；該熱を受容するための、該
固体レーザー媒体または該レーザーダイオードのいずれ
かのうち、少なくとも１つが熱的に連結したヒートシン
ク；および該ヒートシンクと接触し、そして該ヒートシ
ンク中で受容されている該熱に応答して、固体形態から
液体形態へと変化する、相転移物質、を含む、アセンブ
リ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】関連出願に関する相互参照本
出願は、１９９８年９月１１日に提出された、一部継続
同時出願第０９／１５１，８５１号の利益を完全に請求
する出願である。
【０００２】本発明は、全体的には、固体（ｓｏｌｉｄ
−ｓｔａｔｅ）レーザーシステム、および詳細には相転
移物質を有する熱貯蔵体によって受動的に冷却されかつ
熱的に制御される半導体レーザーに関する。
【０００３】
【従来の技術】固体レーザーシステムは、エネルギーを
光学ポンプ供給源からコーヒーレントの出力レーザービ
ームへと転換させる固体レーザー増強媒体を有すること
を特徴とする。このポンプ供給源は、フラッシュランプ
または半導体レーザーダイオードのような多数の利用可
能なエネルギー生成システムの内の１つであり得る。ポ
ンプ供給源によって生成されるエネルギーはレーザー媒
体に入射し、そしてレーザー媒体によって吸収される。
【０００４】レーザー媒体中に吸収されたエネルギー
は、レーザー媒体中の原子を励起してより高いエネルギ
ー状態にする。この高度な状態になるとすぐに、レーザ
ー媒体はレーザー共振器を使用することによって振動状
態におかれたレーザー媒体自身のエネルギーを放出す
る。レーザー共振器は、レーザー媒体の両側に配置され
た少なくとも２つの反射面を有する。レーザー共振器は
システムから連続的にレーザーが放出されるように設計
され得る。あるいは、レーザー媒体を介して振動したエ
ネルギーが、前もって設定したレベルに到達した場合
に、このエネルギーが高出力の短期レーザービームとし
てシステムから放射されるように設計され得る。固体レ
ーザーシステムから生成した放射光は全体的にコーヒー
レントであり、そして予め規定された領域のシステムに
射出する。
【０００５】多数のシステムにおいて、レーザー媒体は
ネオジム−ドープ型、イットリウム−アルミニウム ガ
ーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）である。Ｎｄ：ＹＡＧから作
製されたレーザー媒体は、光エネルギーが約８０８ナノ
メーター（ｎｍ）の波長の場合に最も容易に光エネルギ
ーを吸収する。従って、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー媒体を供
給するための供給源は約８０８ｎｍで光エネルギーを放
射するべきである。ガリウム砒素半導体レーザーダイオ
ードはドーパント（例えば、アルミニウム）（これは放
射光が８０８ｎｍを含む種々の波長になるようにする）
を用いて製造され得る。従って、単独でレーザーである
半導体レーザーダイオードは、レーザー媒体のポンプ供
給源として機能する。
【０００６】光エネルギーのコーヒーレント光学放射へ
の転換は、装置から除去されなければならない熱の発生
を伴う。レーザー媒体の冷却は温度変化の形成を減少
し、それによってレーザー媒体におけるひずみおよび応
力を減少させ、また、熱弾性応力に起因する、レーザー
媒体の破壊の可能性を避ける。さらに、屈折率の変化お
よびそれに関連する光学ひずみが、有効な冷却によって
高度に制御され得るか、または避けられ得る。結果とし
て、ビームの質が改善されおよび／または平均出力が増
加する。
【０００７】ダイオードアレイの性能もまた、強く温度
に依存する。出力が温度の関数であるのみならず、レー
ザー媒体によって吸収される放射エネルギーの波長はダ
イオード温度の関数でもある。所望のアレイ性能を維持
およびオーバーヒートによってダイオードアレイが破損
するのを防止するために、アレイの周辺領域を冷却する
こともまた重要である。
【０００８】他のレーザーアセンブリ構成部分は（低い
損傷閾値を有するものもあるが）また、精密な制御温度
を要求する。例えば、入射レーザーエネルギーを吸収お
よび分散して、入射レーザーエネルギーによる所望のビ
ーム部分に対する干渉が現れないようにする、ビームダ
ンプは、熱を発生する。レーザーシステムにおける波長
の転換のための非線形結晶アセンブリは、これらの感温
性結晶の正確な制御のために温度制御システムを利用す
る。また、充分な注意が、音響光学Ｑスイッチからの熱
による光学的な転移にも与えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】レーザー製造におい
て、高出力の固体システムに改良することが目的であっ
た。これらのシステムにおける出力が増加するにつれ
て、冷却システムがより必要とされ、そして充分な冷却
を提供するより大きな容量を必要とする余分な熱が増加
する。それゆえ、ダイオードアレイ、レーザー媒体およ
び他の熱発生部品からの余分な熱の能率的かつ効果的な
除去が、コンパクトで高出力のレーザーシステムの開発
において重要な要因である。
【００１０】公知のレーザーシステムは能動的冷却を利
用する。能動的冷却システムは熱電性冷却器、または機
械的ポンプおよび圧力で操作される冷媒移送チューブを
備える流体システムを利用し得る。しかし、能動的冷却
システムはレーザーの温度を制御するためにさらなる出
力を消耗し、かつレーザーシステム中にさらなる空間を
必要とする。さらに、能動的冷却は、レーザー部品を適
切な温度に維持するために必要である冷却量を調節する
ための、フィードバック制御システムを要求する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は受動的（消極
的）に冷却される、高出力のレーザービームを生成する
ダイオードポンプ固体レーザーシステムである。このシ
ステムは、固体レーザー媒体によって吸収される光エネ
ルギーを生成する、少なくとも１つのダイオードアレイ
を有する。固体レーザー媒体は、そのなかにダイオード
アレイから光エネルギーが放射される出力表面を有す
る。
【００１２】レーザーシステムはさらに、レーザー媒体
の中心軸に沿って実質的に光学的に整列され、かつそれ
らの間にレーザー媒体が配置される１対の対向する反射
表面を有する。対向する反射表面の１つは、レーザー媒
体によって生成したエネルギーの一部を反射してレーザ
ー共振を提供し、かつ高出力レーザービームを伝達する
ための、出力連結鏡である。
【００１３】レーザー媒体の受動的な冷却を提供するた
め、レーザー媒体ヒートシンクアセンブリはレーザー媒
体と熱的に関連する相転移物質の実質的に固体形態を含
む。この固体形態の相転移物質はレーザー媒体ヒートシ
ンクアセンブリへと移されるレーザー媒体からの熱に応
答して液体形態の相転移物質へと変化する。
【００１４】ダイオードアレイからの熱を吸収するた
め、ダイオードアレイシンクアセンブリは、ダイオード
アレイと熱的に関連する実質的に固体形態の相転移物質
を含む。ダイオードアレイヒートシンクアセンブリへと
移されるダイオードアレイからの熱に応答して、固体形
態の相転移物質は液体形態の相転移物質へと変化する。
【００１５】受動的冷却のみではレーザーシステムは連
続して作動され得ないが、受動冷却はレーザーシステム
のために必要な冷却を数分間提供し得る。このようなシ
ステムはミサイルの熱誘導システムのようにいくつもの
適応において有用である。受動システムによって得られ
る利点は、よりコンパクトで、ポータブル、軽量、かつ
振動しないレーザーシステムが挙げられる。さらに、よ
り効率的な受動冷却を備えるレーザーシステムによっ
て、より高出力のレーザーに関する増加した熱移動に適
合し得る。
【００１６】さらに、そのなかを流れる機能媒体を備え
る熱交換器と組み合わせた熱交換物質を使用すること
は、熱吸収特性に加えてレーザー部品の熱制御を提供す
る。熱制御は相転移物質と関連した潜熱によって提供さ
れる。固相から液相への転移を完了させる特定量のエネ
ルギーが吸収されるまで、その固相中の物質はエネルギ
ーを吸収し続け、そして一定の温度（その融点）を維持
する。さらに、固相から液相への転移が完了されるま
で、この転移を介する相転移物質進行（ｐｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇ）との密な接触における干渉は、ほぼ一定の温度
に保たれる。
【００１７】相転移物質を使用してレーザーシステムの
より連続的な操作を提供するため、相転移物質を含むヒ
ートシンクアセンブリは機能流体を含む熱交換器と熱伝
導に配置される。ヒートシンクアセンブリから熱交換器
への熱の移動に応答して、液体形態の相転移物質は固体
形態へと変化する。また、熱交換器は逆に作動されて
（すなわち、機能流体、またはヒーターからの熱を相転
移物質へと移動する）、相転移物質を液化し、それによ
って感温性部品を適切な操作温度に維持し得る。
【００１８】相転移物質を含むヒートシンクアセンブリ
は、周囲空気のような根本的なヒートシンクが温度変動
に供された場合、レーザー部品のための熱緩衝体を提供
する。熱緩衝体は、相転移物質が相転移を受けた場合、
相転移物質の融合物の潜熱に関する。周囲空気における
変化に関するエネルギーがレーザー部品に移動する前に
相転移物質に吸収されるので、レーザー部品の温度は全
体的に一定のままである。相転移物質によって提供され
る熱制御は、電気熱制御ループに対する必要性を軽減さ
せる。
【００１９】さらなる熱制御品質は、相転移物質を含む
ヒートシンクアセンブリが熱電冷却器と熱伝導に配置さ
れる別の実施態様において提供される。感温性部品とヒ
ートシンクとの間に配置された熱電冷却器で、熱は、部
品から熱電冷却器を横切ってそしてヒートシンク中に移
動する。温度感受性部品と熱電冷却器とも間に配置され
たヒートシンクアセンブリで、熱電冷却器により熱が相
転移物質から除去されるにつれて相転移物質はその融解
相で維持される。また、システム部品のいずれかで温度
を上昇させることが所望される場合、熱電冷却器は熱を
熱シンクアセンブリに放出するように操作され得る。
【００２０】別の実施態様において、ヒートシンクは１
つより多くのタイプの相転移物質を含み、これらはそれ
ぞれ異なる溶融点温度を有する。この実施態様におい
て、例えば、より低い温度を有した相転移物質で充填し
たキャビティに比べて、感温性部品の近くのキャビティ
に高溶融温度を有する相転移物質を配置することによ
り、熱勾配は変更され得る。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の他の目的および利点は以
下の詳細な説明を読み、そして以下の図面を参照するこ
とにより明らかになる。
【００２２】ここで図１および図２を参照すると、高出
力レーザービーム１１を発生する固体レーザーシステム
１０が図示される。レーザーシステム１０は光学台アセ
ンブリ１２を有し、これは種々の光学部品および、高出
力レーザービーム１１を生成するレーザー上部アセンブ
リ１４の取付構造である。
【００２３】光学台アセンブリ１２は光学部品（以下に
説明される）およびハウジングユニット１６を有する。
ハウジングユニット１６は、中心をくり貫いた矩形ブロ
ックの物質（例えば、真鍮）である。ハウジングユニッ
ト１６は、床１８、第１の端片２０、第２の端片２２、
第１の側面２４、第２の側面２６、および底カバー２８
を有する。マウント３０は、ハウジングユニット１６に
一体に形成され、より大きなアセンブリ中にレーザーシ
ステム１０を固定する。
【００２４】図２を詳細に参照すると、第１端片２０は
レーザービーム１１が放出されるためのビーム出力窓３
２を有する。第２端片２２は、レーザービーム１１の中
心軸上の中心にある整列窓３８を有する。整列窓３８は
着脱可能な不透明の栓によって覆われている。栓が取り
除かれると、外部線源からこの窓３８を介して低出力の
眼に有害ではないレーザービーム（例えば、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザー）が送達されて、レーザーシステム１０が作動
された場合に、どこがレーザービーム１１の正確な位置
かを決定する。従って、レーザーシステム１０のオペレ
ーターはビームを光学部品に整列させる必要はない。
【００２５】レーザーシステム１０に電気的連結を設け
るため、第１側壁２４はレーザーシステム１０に電気エ
ネルギーを伝導するワイヤへのアクセスを提供する電気
接続部分を有する。ワイヤはハウジング１６の内部部品
から接続部分内に置かれた連結アセンブリ４０へと単に
通過する。次いで、外部電気ドライブおよび制御システ
ムは連結センブリ４０へと連結される。
【００２６】図２において最もよく見られるように、ハ
ウジングユニット１６の床１８は種々の部品を取り付け
るためのいくつかの穴４２を有する。これらの穴４２の
いくつかは刻設され得るが、いくつかは単に光学台アセ
ンブリ１２（これは光学部品上のネジ穴に螺合可能に係
合される）の下方からファスナーを受けるための通孔と
して作用する。
【００２７】図１、２、および３はまた、パルスモード
の操作を提供する、１つの好ましい操作システムにおい
て利用される光学部品を図示する。これらの部品には、
出力連結（ＯＣ）鏡アセンブリ４４、偏光器キューブ４
８、電気光学Ｑスイッチ５０、波状プレート５２、Ｒｉ
ｓｌｅｙプリズム対５４および高反射（ＨＲ）鏡アセン
ブリ５６が含まれる。さらに、開口部アセンブリ３６は
ＯＣ鏡アセンブリ４４に隣接して配置される。従って、
レーザーヘッドアセンブリ１４が電気エネルギーを光エ
ネルギーに変換する場合、これらの光学部品は光エネル
ギーが生成レーザービーム１１を発生するように機能す
る。
【００２８】ここで、図２に注目すると、レーザーヘッ
ドアセンブリ１４は、レーザー媒体５８、レーザー媒体
ヒートシンクアセンブリ６０、レーザーダイオードアレ
イ６２、およびダイオードアレイシンクアセンブリ６４
を含む。レーザー媒体２８はレーザー媒体ヒートシンク
アセンブリ６０とダイオードアレイ６２（これはダイオ
ードアレイヒートシンクアセンブリ６４に隣接する）と
の間に配置される。ダイオードアレイ６２が第１の波長
でエネルギーを放出する操作において、これはレーザー
媒体５８によって吸収されそして第２の波長でのエネル
ギーに変換されてレーザービーム１１を生じる。
【００２９】それぞれのレーザーダイオードアレイ６２
は複数のレーザーダイオードバーを含み、これは電気的
エネルギーを光エネルギーに変換する。６つのダイオー
ドアレイ６２は図４に示される。全体のシステムの熱効
率を改善するため、それぞれのレーザーダイオードアレ
イ６２はダイオードアレイヒートシンク６４に半田付け
される。レーザーダイオードアレイ６２は、たとえば、
Ｋａｒｐｉｎｓｋｉの米国特許第５，１２８，９５１
（これはその全体が本明細書中に参考として援用され
る）に示されるような、絶縁体物質（例えば、酸化ベリ
リウム）を有する通常の型である。レーザーダイオード
アレイ６２は、電気的に、互いに連続して連結されてい
る。その結果として、全てのレーザーダイオードアレイ
６２について、入力接続（半田パッド）６６に連結され
た１つの電気入力ワイヤ、および出力接続（半田パッ
ド）６８に連結された１つの電気出力ワイヤが存在す
る。
【００３０】上記のように、レーザーダイオードアレイ
６２からの光エネルギーはレーザー媒体５８により吸収
される。レーザー媒体５８による所定の波長でのエネル
ギーの吸収量は、レーザー媒体５８中に提供されるドー
パントの型、ドーパントの濃度、およびレーザー媒体５
８が操作される温度、のような種々の因子に依存する。
【００３１】１つの好ましい実施態様において、レーザ
ー媒体５８がネオジム（３＋）Ｄｏｐｅｄ、イットリウ
ムーアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）から作製
される場合、吸収ピークは約８０８ｎｍで生じる。ま
た、他のＮｄ：ＹＬＦのようなレーザー媒体が使用され
得る。レーザーダイオードアレイ６２からのレーザーダ
イオードがアルミニウムドーピング（ＡｌＧａＡｓ）を
有するガリウム砒素から作製される場合、これらはＮ
ｄ：ＹＡＧ物質についての最大吸収スペクトルに適合す
る約８０８ｎｍで放射光を放出する。レーザー媒体ヒー
トシンク６０が約３０〜４０℃である場合、レーザー媒
体ヒートシンク６０と直接接触するＮｄ：ＹＡＧレーザ
ー媒体は８０８ｎｍのエネルギーウエルを吸収する。Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザー媒体が８０８ｎｍでエネルギーを吸
収する場合、次いで、レーザービーム１１を生じる約１
０６４ｎｍの波長で、エネルギーを放出する。
【００３２】さらに図１〜３を参照することにより、レ
ーザー共振を生成するため、反射表面はレーザー媒体５
８の各末端の外側に配置されて連続的にレーザー媒体５
８を通過して送達されるエネルギーを生じる。一方の末
端では、ＨＲ鏡アセンブリは光学台１２の第２端片２２
に隣接して配置され、そしてそこにファスナーで連結さ
れている。ＨＲ鏡アセンブリ５６は正面表面に高反射
（ＨＲ）鏡７４を含み、これは波長が１０６４ｎｍの場
合、少なくとも約９９％の反射値を有する。また、鏡７
４は整列窓３８を介して送達される整列ビームがＨＲ鏡
６０を介し、かつ他の光学部品中に伝達されるように、
他の波長でのエネルギーを伝達する。
【００３３】他の端では、出力連結（ＯＣ）鏡アセンブ
リ４４は、光学台１２の第１端片２０に隣接して配置さ
れ、そしてファスナーでそこに連結される。ＯＣ鏡７８
は、そこを介して前もって設定された量のエネルギーを
伝達し、そしてレーザービーム１１として出力窓３２を
介して放出されるように、その表面に一部反射コーティ
ングを有する。残りのエネルギーは光学部品を介して後
ろに反射される。ＯＣ鏡７８の反射はレーザービーム１
１中における全体の出力を決定する。また、反射は、レ
ーザー媒体５８を介して共振を生成するのに充分である
べきである。ＯＣ鏡７８は適用に依存する最適値であ
る、約５％〜約９４％の範囲である（すなわち、約９５
％〜６％はレーザービーム１１として伝達される）、反
射を有する。好ましい実施態様においては、ＯＣ鏡７８
の反射は、ＣＷモードを操作するレーザーシステム１０
に対して約９０％である。パルスモードでレーザーシス
テムを操作するため、ＯＣ鏡１５３の反射は約７０％で
ある。約８０％の反射を伴うＯＣ鏡は、操作の両方の様
態を供する。
【００３４】好ましい実施態様において、偏光器キュー
ブ４８はレーザーヘッドアセンブリ１４に隣接して配置
され、そして光学台１２の床１８に対して旋回可能に配
置される。立方体４８は、レーザービーム１１の偏光分
配の影響に対する反射の高いおよび低い指標を有する物
質の交代層（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）を
伴う、２つの連結したプリズムを包含する。
【００３５】レーザーシステム１０がパルス出力を提供
するべきである場合、電気光学Ｑスイッチ５０は、偏光
器立方体４８と、波状プレート５２の間に配置され、レ
ーザー媒体５８の中心軸に配列され、そしてファスナー
を有する光学台１２の床１８に取り付けられる。Ｑスイ
ッチ５０が「開口」して光学伝達を可能にする場合、高
エネルギー、短期間パルスがシステム１０から放出され
るように、エネルギーは２つの反射表面の間で共振し得
る。Ｑスイッチ５０はレーザー媒体５８のいずれか一端
に配置され得ること、そして音響光学Ｑスイッチまたは
受動Ｑスイッチのような、他のＱスイッチの型が使用さ
れ得ることに留意すべきである。
【００３６】レーザービーム１１の更なる隣接物は波状
プレート５２およびＲｉｓｌｅｙプリズム対５４によっ
て提供される。波状プレート５２はＱスイッチ５０とＲ
ｉｓｌｅｙプリズム対５４との間に配置され、そしてフ
ァスナーで光学台１２に連結される。Ｒｉｓｌｅｙプリ
ズム対５４は、波状プレート５２と、ＨＲ鏡アセンブリ
５６との間に配置され、そして光学台１２の床１８に回
転可能に取り付けられた２つのプリズム８０を含む。Ｒ
ｉｓｌｅｙプリズム対５４は波長エネルギーのビームを
実質的に直線的に偏光させるために使用され得る。プリ
ズム８０はレーザー媒体５８の中心軸に沿ってビームエ
ネルギーの最大共振を達成するために回転され得る。波
状プレートレーザービーム１１の偏光状態をＱスイッチ
操作に適切にするために回転され得る。
【００３７】レーザーシステム１０は、光学操作のため
の特定の内部環境を必要とし得る。例えば、カバーはシ
ステム１０を完全に遮断し得、そして封入する。これは
次いで、その外部表面に対して１つのバルブを有するな
らば、乾燥窒素で裏込めされ得る。あるいは、最終アセ
ンブリ工程は湿気の低い雰囲気中で行われ得る。さらに
なおあるいは、レーザーシステム１０はハウジング１４
内に、適切にカバーが封入されれば湿気を吸収する乾燥
剤を含み得る。
【００３８】受動冷却を提供するため、レーザーダイオ
ード６２およびレーザー媒体５８は独特の相転移物質を
有する熱交換器に流れ込む熱である。これらの部品は図
４〜７に図示され、そしてここに記載される。
【００３９】ここで図４〜７を参照すると、レーザー媒
体ヒートシンクアセンブリ６０、ダイオードアレイヒー
トシンクアセンブリ６４およびレーザー媒体５８の分解
図および断面図が示される。レーザー媒体ヒートシンク
アセンブリ６０は、熱交換器８４を覆うため、複数のフ
ィン８８およびハウジング９０を有する基板８６を有す
るレーザー媒体熱交換器８４を含む。レーザー媒体熱交
換器８４は任意の非常に伝導性の良い、そして好ましく
は軽量物質から作製され得、これには金属、金属合金、
そして伝導性の良い非金属を含む。
【００４０】好ましい実施態様において、フィン８８は
その形状において実質的に長方形であり、レーザー媒体
５８の長さに沿って伸長し、そしてその間に裂け目１２
６を形成するように互いに関して平行に配置されてい
る。フィン８８は種々の形状を有し得、そして図５に示
される実質的に長方形のフィン８８に制限されない。熱
伝導伸長表面を生成する、他の改変はチューブフィン、
スピン、溝、他の形状のプレートフィン、プレートバッ
フル構造、内部フィンチューブ構造、ならびにシェルお
よびチューブ構造を有する。フィン８８が銅であり、そ
して平行であるように示されるが、それらは任意の高伝
導性金属から作製され得、そしてダイオードアレイヒー
トシンク６４に関して示されるように、放射状形態を有
する。
【００４１】ハウジング９０は本体９２およびカバー９
４を含む。本体９２は機械加工によって長方形のブロッ
クの物質（例えば、真鍮または銅）によって形成され、
その中心部分を除去して第１側壁９６、第２側壁９８、
第１端壁１００、第２端壁１０２を有する実質的に長方
形のカラーを残す。壁９６、９８、１００、１０２の内
部表面はかなり滑らかである。本体９２は、壁９６、９
８、１００、１０２の上部に一体に形成された上部縁１
０４を有し、そして壁９６、９８、１００、１０２の下
部に下部縁１０６を有する。上部縁および下部縁１０
４、１０６は、壁９６、９８、１００、１０２から外向
きに伸長し、そしてその中にファスナーを受容するよう
に作製された穴１００を有する、一体に形成されたピラ
ー１０８で、内部連結される。ハウジング９０は銅また
は真鍮以外の物質、および好ましくは非腐食性および軽
量の物質から作製され得る。
【００４２】複数の開口部１１２は上部縁１０４に形成
され、これは下部縁１０６中に形成された複数の開口部
１１４と位置的に一致する。開口部１１２および１１４
はまた、レーザー媒体熱交換器８４の基板８６中の開口
部１１６に一致している。本体９２の下部は、漏洩を防
止するためのＯリング１２０を支えるための一体に形成
されたチャンネル１１８（図６）を有する。本体９２
は、レーザー媒体熱交換器８４の基板８６に、低縁１０
６、ならびに基板平面８６と本体９２の間にＯリング１
２０を挟み込む基板８６中の開口部１１６中に開口部１
１４を通過するファスナーで固定される。本体９２の上
部は受容Ｏリングのための類似のチャンネルを有する。
【００４３】一旦、本体９２が熱交換器８４の基板平面
８６に取り付けられると、相転移物質（ＰＣＭ）１２２
は、本体９２の壁９６、９８、１００、１０２の内部表
面およびフィン８８の間隔１２６によって規定されるチ
ャンバ１２４内に加えられる。次いで、カバー９４が、
受容ファスナーのための上部縁１０４の開口部１１２に
一致して配置された開口部１２８を有する実質的に長方
形の平面である、アセンブリに取り付けられる。カバー
９４はチャンバ１２４をシールする。他の実施態様にお
いて、ハウジング９０は単一体を構築し得る。
【００４４】図４に示されるように、６つのダイオード
アレイ６２はレーザー媒体５８の下面７０に隣接して配
置される。下面７０（ここで、レーザーダイオードアレ
イ６２からのエネルギーはレーザー媒体５８の表面に入
る）は、８０８ｎｍの放射の外部伝達を可能にするコー
ティングで覆われるが、１０６４ｎｍの放射の内部反射
である。レーザー媒体の上面７２は１０６４ｎｍおよび
８０８ｎｍ両方の反射被膜で覆われる。このような被膜
の１例には、２０００オングストロームの銀（真空蒸着
手順でレーザー媒体５８上に配置される）である。従っ
て、ダイオードアレイ６２からの光エネルギーは下面７
０でレーザー媒体５８に入り、レーザー媒体５８を介し
て移動し、上面７２に内部反射被膜をはじき、そしてレ
ーザー媒体５８を介して後ろに伝達させる。この経路は
レーザー媒体５８がレーザーダイオードアレイ６２から
のエネルギーのほとんどを吸収するのに充分長い。レー
ザー媒体５８によって生成された熱は、レーザー媒体熱
交換器８４中に伝導される。
【００４５】レーザー媒体５８からの熱をレーザー媒体
ヒートシンクアセンブリ６０へ充分伝達させるため、好
ましくはレーザー媒体５８は基板平面８６に非常に伝導
性の良い物質で接着される。好ましい実施態様はレーザ
ー媒体５８を、熱伝導性室温加硫（ＲＴＶ）エポキシの
ような、熱伝導性接着で、直接レーザー媒体ヒートシン
クアセンブリ６０に接着させる工程を包含する。
【００４６】ここで、図７および特に図４を参考に参照
して、レーザーヘッドアセンブリ１４の断面図および分
解図を示す。ダイオードアレイヒートシンク６４は、複
数のフィン３４を有する基板１３２を備えたダイオード
アレイ熱交換器１３０と該熱交換器１３０を取り囲むハ
ウジング１３６を有する。
【００４７】好ましい実施態様において、フィン１３４
は分岐し、そしてレーザー媒体５８の長さに沿って基板
１３２から放射状に延長する。延長した表面は、種々の
形状を有し得、そして図４に示した放射状に分岐したフ
ィンに限定されない。他の改変はチューブフィン、突
起、溝、他の形状のプレートフィン、プレートバッフル
構造、内部フィンチューブ構造、およびシェル−および
−チューブ構造が挙げられる。
【００４８】ハウジング１３６は半円筒表面１４０、第
１端壁１４２、第２端壁１４４、および相転移材料が位
置するチャンバ１４８を規定する横断カバー１４６を有
するボディー１３８を含む。上端において、ボディー１
３８はそれとともに一体に形成されたリップ１５０を有
する。リップ１５０に形成された開口部１５２はファス
ナーを受容し、そして基板１３２の開口部１５４に位置
決めされている。Ｏ−リング１５８を受容するためのチ
ャネル１５６もまた、上端でボディー１３８に一体に形
成されている。
【００４９】熱交換器１３０は相転移材料を充填される
ので、第１端壁１４２はボディー１３８内のチャンバ１
４８へのアクセスを提供するためのホール１６４を有す
る。アクセスカバー１４６は開口部１６６およびＯ−リ
ング１６８を受容するための一体に形成されたチャネル
を含み、第１端壁１４２と係合するシールを提供する。
アクセスカバー１４６はファスナーを有する第１端壁１
４２に固定される。
【００５０】基板１３２がリップ１５０上に取り付けら
れる場合、シール係合はチャネル１５６内に配置される
Ｏ−リング１５８で形成される。リップ１５０において
開口部１５２に整列する基板１３２の開口部１５４で、
ファスナーが貫通してダイオードアレイ熱交換器１３０
に固定して取り付ける。
【００５１】光学ベンチ１２にダイオードアレイヒート
シンク６４を取り付けるために、ファスナーは取り付け
ピラー１６０において光学ベンチ１２からボア１６２ま
で通過する。
【００５２】ダイオードアレイ６２は、熱交換器１３０
の基板１３２に直接接触するダイオードアレイ６２から
熱をうばってダイオードアレイヒートシンク６４へ熱伝
導する。従って、ダイオードによって発生した熱は、ヒ
ートシンク６４に移動され、ＰＣＭによって最終的には
吸収される。
【００５３】直接レーザーダイオードアレイ６２上にレ
ーザー媒体５８を配置するために、ブラケット１７２を
位置決めしてダイオードアレイ熱交換器１３０の基板１
３２にレーザー媒体ヒートシンクアセンブリ６０を固定
する。各ブラケット１７２は一体に形成されるフランジ
１７６を備えるプレート１７４を有する。プレート１７
４は、ファスナーを貫通するためにヒートシンクボディ
ー９２においてボア１１０と整列された２つのスロット
１７８を有する。ブラケット１７２のフランジ１７６は
開口部１８２を有し、ダイオードアレイ熱交換器１３０
の基板１３２にブラケット１７２を固定する。
【００５４】システム全体の重量を減らすことが所望さ
れるので、添加する材料はシステム１０の構造的統合を
損なわない領域で種々の構成物から作製される。例え
ば、凹所１８０はまたユニットの重量を減らすためにプ
レート１７４においても形成される。
【００５５】レーザー媒体ヒートシンクアセンブリ６０
のチャンバ１２４内に配置される相転移材料（ＰＣＭ）
１２２およびダイオードアレイヒートシンク６４のチャ
ンバ１４８内に配置されるＰＣＭ１７０は特定の適用の
要求に依存して所望の温度で固体から液体に変化する。
作用媒体として、液体から気体へとは対照的に、固体か
ら液体へと転移するＰＣＭを選択することは、ＰＣＭが
伝導および対流とは対照的な伝導によって廃棄熱を散逸
する点で有利である。また、ＰＣＭは、ＰＣＭとの熱伝
達における要素の熱制御を提供する。熱制御は相転移に
関連するＰＣＭの潜在熱によって提供される。固相のＰ
ＣＭは、エネルギーを吸収し続け、そして特定の量の熱
を吸収して、全体が完全に固相から液相に転移するまで
公知の温度で「溶融相」を維持する。従って、相転移を
起こすＰＣＭと密に接触する任意の要素は、相転移が完
結するまでＰＣＭの溶融温度に対応するほぼ一定の温度
で保持される。
【００５６】ＰＣＭの特定の量に関連する相転移の持続
時間は、崩壊温度レベルに達する前にレーザーシステム
を操作するための時間に影響を及ぼす。ＰＣＭの選択
は、所望の制御温度ならびに特定のレーザーの適用およ
び設計に関連する操作期間以外の因子の考慮を必要とす
る。１つの因子はレーザーシステム１０を操作すべき環
境の周囲温度である。選択されるＰＣＭはレーザーシス
テム１０が位置する環境の最大周囲温度より高い融点を
有し、そのためにＰＣＭはレーザー操作を始める前は固
相を維持する。この温度は−３５℃から５５℃の範囲が
好ましい。他の因子は所望のレーザー出力、レーザー媒
体およびレーザーダイオードアレイの両方の大きさ、な
らびに廃棄熱に比例するレーザーダイオードおよびレー
ザー媒体の効率を含む。
【００５７】好ましい実施態様において、ガリウムが作
用媒体として役立つＰＣＭとして選択される。ガリウム
は２９．８℃の融点および８０Ｊ／ｇの融合潜在熱を有
する。ガリウムの融点は好ましい実施態様におけるレー
ザー媒体のＮｄ：ＹＡＧ材料の受容可能な操作温度（３
０℃）にほぼ一致する。ＰＣＭが室温で固体であるがわ
ずかに室温より高い温度では液体であることが可能なの
で、熱交換器にＰＣＭを統合することはかなり容易であ
る。他の可能なＰＣＭはアルキル炭化水素、水酸化物
塩、および低温金属合金（溶融合金）を含む。
【００５８】しかし、液相の場合でさえガリウムは、熱
交換器が構築され得る銅または他の材料を容易にぬらさ
ない。熱交換器にＰＣＭを統合するための１つの方法は
ＰＣＭの液相より高い温度まで熱交換器を加熱すること
を含む。この工程はＰＣＭを液相に維持することをより
容易にするが、それが熱交換器に注がれる。次の工程
は、溶融するまでＰＣＭを加熱して、熱交換器へのＰＣ
Ｍの移動を促進することを含む。次に、熱交換器は、Ｐ
ＣＭが熱交換器の表面上をぬらすのを助ける高活性有機
融剤（例えば、Ｉｎｄｉｕｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ ｏｆ Ｕｔｉｃａ、ＮＹによ
るＦｌｕｘ Ｎｏ．４）でコートされる。次いで、ＰＣ
Ｍは熱交換器に注入されるか、または注がれる。最後
に、過剰の融剤を除去する。最後の２工程は、同時に行
われ得る。
【００５９】３．１ｍｍ（厚さ）×６．２ｍｍ（幅）×
８３．３ｍｍ（先端から先端までの距離）の寸法を有す
るスラブ形状のＮｄ：ＹＡＧレーザー媒体５８を含むレ
ーザーシステム１０が試験されている。このスラブは熱
伝導ＲＴＶでガリウムで充填されたヒートシンクに結合
された。フィン８８を有するレーザー媒体熱交換器８４
は、銅から作製され、そしてチャンバ１２４は０．２６
ｉｎ3のガリウムＰＣＭ容量を有した。
【００６０】それぞれが１５個のダイオードバーを有す
る６個のダイオードアレイはダイオードアレイヒートシ
ンクに半田付けされた。ダイオードアレイ熱交換器もま
た０．８２ｉｎの半径を有する半円に外接する放射状に
延長したフィンを有する銅から作製された。１．２ｉｎ
3のＰＣＭ容量を有するダイオードアレイヒートシンク
のチャンバ１４８はガリウムで充填された。
【００６１】ここで、図８を参照して、システムが４５
Ａの電気的入力、５００Ｈｚの反復速度、２００μ秒の
電流パルス幅および以前の段落で記載される物理的条件
で操作される場合の、時間に対するレーザーシステム１
０の出力のプロットを示す。約６０ｍＪの最大エネルギ
ー出力について、最大レーザー出力が１０６４ｎｍエネ
ルギーの３０Ｗである。スラブによって発生された対応
する熱負荷は８３Ｗと計算され、そしてダイオードアレ
イによって発生された熱負荷は５２０Ｗと計算された。
システム全体の出力が３０Ｗ未満になるように所望され
る場合、スラブとアレイの温度制御された操作の時間は
比例的に増加する。
【００６２】ここで、図９を参照して４５、５０、５
５、および６０Ａのピーク入力電流、２５０μ秒のパル
ス幅、および５００Ｈｚの反復速度であるが、上記とは
異なる物理的条件下での試行についての時間に対する出
力波長のプロットを示す。物理的条件は前述の６個とは
対照的に、ただ１つのダイオードサブアレイを含んだ。
さらに、わずかに大きいダイオードアレイ熱交換器が使
用された。熱交換器は、熱の散逸のために２倍の有効断
面積を有し、そしてフィンは前述の０．８２ｉｎの代わ
りに１．１６ｉｎの半径を有する半円に外接した。熱散
逸の量が有効断面積に正比例するので、熱散逸の量はさ
らにダイオードサブアレイを追加する場合、容易に計算
され得る。参照点として、６０Ａでの、ダイオードアレ
イの廃棄熱は１４０Ｗである。
【００６３】アルミニウムドープしたヒ化ガリウム（Ａ
ｌＧａＡｓ）ダイオードは約４℃の温度変化で１ナノメ
ートル波長がシフトする。例えば、６０Ａの入力電流で
約６０秒の時間にわたって。約３２℃の対応する温度変
化が測定された（８１４ｎｍ−８０６ｎｍ）。しかし、
６０Ａの入力で約３秒後、波長は約５０秒間比較的安定
したままである（８０９ｎｍ−約８１２ｎｍ）。曲線の
外のこの平坦化はガリウムの融合の潜在熱に関連する。
約５０秒後、波長の変化速度は増加し始めることを示
す。この変化は、ガリウムが完全に溶融した時の時点に
関連し、その後、ガリウムが通常の過熱された液体とし
て挙動する。
【００６４】さらに、レーザー媒体スラブの残存可能性
を確認するストレス試験が、種々の熱負荷レベルで行わ
れた。これらの試験について、スラブを０．２６ｉｎ3
のＰＣＭ容量を有するガリウム充填ダイオードアレイヒ
ートシンクアセンブリ６４に熱伝導性ＲＴＶで結合し
た。種々の熱負荷レベルを使用し、そしてスラブに対す
る損傷がないことを５５Ａの入力、２５０μ秒のパルス
幅、５００Ｈｚの反復速度、および２０秒の試行時間で
観察した。
【００６５】注意すべきことは、システムを操作した後
にそれが操作の前の開始点に戻る、なぜならガリウム相
転移材料は最終的に固体化するから、ということであ
る。いったん開始点に戻ると、レーザーシステム１０を
再び操作できる。
【００６６】ＰＣＭの固体化を促進し、レーザーダイオ
ードアレイアセンブリを再び操作し得る前の遅延を減ら
すために、代替の実施態様において、ＰＣＭが動的冷却
を利用する第２の熱交換器と熱伝達状態にある。この代
替の実施態様は、図１０−１３に一般的に図示され、そ
してここで記載する。
【００６７】ここで、図１０を参照して、レーザーダイ
オードアレイアセンブリ２１０はレーザーダイオードア
レイ２１４、ヒートシンクアセンブリ２１６、および熱
交換器２１８を含む。単純化するために、ヒートシンク
アセンブリ２１６および熱交換器２１８を２段階温度制
御システム２２０と呼ぶ。ヒートシンクアセンブリ２１
６は作用流体２２４を含む動的熱交換器２１８と熱伝達
状態であるＰＣＭ２２２を含む。ヒートシンクアセンブ
リ２１６は基板２２６および複数のフィン２２８を含
む。図示したように、フィン２２８は分岐し、そして好
ましくはレーザーダイオードアレイ２１４と同じ長さに
沿って基板２２６から放射状に延長する。延長した表面
２３０は、種々の形状を有し得、図１０に示した放射状
に分岐したフィン２２８に限定されない。他の変形には
チューブフィン、突起、溝、他の形状のプレートフィ
ン、プレートバッフル構造、内部フィンチューブ構造、
およびシェル−および−チューブ構造が挙げられる。
【００６８】動的熱交換器２１８は接触プレート２３２
および複数のフィン２３４を含む。フィン２３４は、好
ましくはレーザーダイオードアレイ２１４と少なくとも
同じ長さに沿って接触プレート２３２から外側に延長す
る。延長した表面２３６は種々の形状を有し得、そして
図１０に示した放射状に分岐したフィン２３４に限定さ
れない。熱交換器の他のフィンの変形には、チューブフ
ィン、突起、溝、他の形状のプレートフィン、プレート
バッフル構造、内部フィンチューブ構造、およびシェル
−および−チューブ構造が挙げられる。
【００６９】接触プレート２３２は、ヒートシンクアセ
ンブリ２１６のフィン２２８の外周によって一般的に規
定される形状にほぼ適合する。接触プレート２３２が配
置される前に、固定プレート２３８はヒートシンクアセ
ンブリ２１６を取り囲むように使用され得、そして一般
的にＰＣＭ２２２を配置する第１チャンバ２４０を規定
する。あるいは固定プレート２３８を用いずに、接触プ
レート２３２単独でフィン２２８を取り囲むように提供
し、そして一般的にＰＣＭ２２２を配置する第１チャン
バ２４０を規定する。インジウム箔のシートを固定プレ
ート２３８上に敷き詰め、そしてプレスし、固定プレー
ト２３８と接触プレート２３２との間の界面で熱抵抗を
減らし得る。
【００７０】作用流体２２４流が通過する第２チャンバ
２４２は、一般的にフィン２３４を取り囲む熱交換器カ
バー２４４によって規定される。カバー２４４および熱
交換器２１８は、基板２２６の開口部２４８にファスナ
ー２４６を貫通することによって基板２２６にしっかり
固定され、全ての構成物を結合する。第２チャンバ２４
２には、入口および出口が提供され、作用流体２２４を
強制的に交換する。作用流体２２４（これは、空気、
水、またはフッ化炭素冷媒のような任意の流体であり得
る）は、第２チャンバ２４２を通過して流れ、ヒートシ
ンクアセンブリ２１６のＰＣＭ２２２から廃棄熱を受け
取る。また、ＰＣＭ２２２は、熱交換器２１８を通過す
る空気の自然対流によって冷却され得る。さらなる代替
において、膨張ボトル（ここで気体は圧縮状態から膨張
する）は、熱交換器２１８を冷却するために使用され得
る。
【００７１】図１１は放電器（ＥＤＭ）により形成され
る代替の２段階温度制御システム２４９を有するレーザ
ーダイオードアレイアセンブリ２１０を図示する。２段
階温度制御システム２４９は、ＰＣＭを受容するための
キャビティ２５０の第１セットおよび作用流体を２２４
を受容するために内部接続キャビティ２５２の第２セッ
トを含む。キャビティ２５０、２５２の両セットは、作
用流体２２４を含むキャビティ２５２がＰＣＭのキャビ
ティ２５０間に挿入されるように金属（例えば、真鍮ま
たは銅）の同じブロック内に形成される。好ましくは、
ＰＣＭキャビティ２５０は、作用流体のキャビティ２５
２と相対的に熱発生構成物（例えば、ダイオードアレイ
２１４）の近位に位置される。伸長され、そして放射状
に延長するキャビティ２５０、２５２を図１１に示す
が、キャビティ２５０、２５２は任意の形状、長さ、お
よび効果的な熱移動のための挿入された配置であり得
る。
【００７２】ＥＤＭによって形成される２段階温度制御
システム２５３のさらに別の実施態様を含むレーザーダ
イオードアレイアセンブリ２１０は、図１２に示す。２
段階温度制御システム２５３は、作用流体を含むキャビ
ティ２５６の第２セットと相対的にダイオードアレイ２
１４の近位に位置されるＰＣＭキャビティ２５４の第１
セットを含む。この実施態様において、全てのＰＣＭキ
ャビティ２５４は互いに隣接し、そして全ての作用流体
キャビティ２５６は互いに隣接する。伸長され、そして
放射状に延長するキャビティ２５４、２５６を図１２に
示すが、キャビティ２５４、２５６は任意の形状、長
さ、および効果的な熱移動のための配置であり得る。
【００７３】図１０−１２に示した実施態様は、ダイオ
ードアレイ２１４を冷却するために使用される２段階熱
制御システム２２０、２４９、２５３を示すが、２段階
熱制御システム２２０はレーザーシステムの任意の熱発
生構成物を冷却するのに使用され得る。これらの構成物
はレーザー媒体（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ）、ビーム隆
起、音響学−光学Ｑスイッチ、および非線形結晶を含
む。
【００７４】特に図１３を参照して、第１の２段階熱制
御システム２６０と熱伝達状態にあるレーザー媒体２５
８および第２の２段階熱制御システム２６４と熱伝達状
態にあるダイオードアレイ２６２を示す。図１３に模式
的に例示した流体回路２６６は、システム２６０、２６
４に接続される。第１の２段階熱制御システム２６０お
よび第２の２段階熱制御システム２６４は、ＰＣＭを含
む第１ステージ要素２６８、２６９のそれぞれおよび動
的冷却のために作用流体を利用する第２ステージ要素２
７０、２７１のそれぞれを含む。第１の２段階熱制御シ
ステム２６０および第２の２段階熱制御システム２６４
の第１ステージ要素２６８、２６９は、第２ステージ要
素２７０、２７１と相対的に、それぞれレーザー媒体２
５８およびダイオードアレイ２６２の近位に位置され
る。第２ステージ要素２７０、２７１は、それぞれ入口
２７２、２７３およびそれぞれ出口２７４、２７５を有
し、作用流体をそこに通して循環させ、廃棄熱を除去す
る。第１ステージ要素２６８、２６９および第２ステー
ジ要素２７０、２７１は、図１０−１２を参照して、前
に記載された任意の配置であり得る。あるいは、第１の
２段階熱制御システム２６０および第２の２段階熱制御
システム２６４の第１ステージ要素２６８、２６９は、
図４−７を参照して前に記載されたレーザー媒体ヒート
シンクアセンブリ８２およびダイオードアレイヒートシ
ンクアセンブリ６４のそれぞれと同様であり得る。
【００７５】第２ステージ要素２７０、２７１のそれぞ
れは別々の流体回路に接続され得るが、図１３は、バル
ブ２７６、ポンプ２７８、および第２ステージ要素２７
０、２７１の両方で使用のための熱交換器２８０を有す
る単一流体回路２６６を模式的に図示する。流体回路２
６６は、第２ステージ要素２７０、２７１の温度を制御
するために、作用流体（液体か気体のいずれか）が第２
ステージ要素２７０、２７１のそれぞれを通過するのを
可能にする。これは第１ステージ要素２６８、２６９お
よび第２ステージ要素２７０、２７１のそれぞれの間の
熱エネルギーの流動を制御する。第２要素２７０、２７
１の温度は、バルブ２７６またはポンプ２７８、第２ス
テージ要素２７０、２７１に対する流体の入口温度、フ
ィンの構造、および流体の物理的特性によって回路２６
６を通る流体の容量の流速を制御することによる回路２
６６によって制御され得る。
【００７６】第２ステージ要素２７０、２７１の温度を
制御することによって、第１ステージ要素２６８、２６
９内に含まれるＰＣＭの温度は、溶融相温度に維持され
得る。次にレーザー構成物の操作温度にほぼ等しい溶融
温度を有するＰＣＭの選択は、レーザー構成物の温度の
適切な制御を与える。好ましくは、ＰＣＭの溶融温度
は、レーザー構成物の操作温度の約５℃以内である。
【００７７】さらに、レーザー構成物が追加の廃棄熱を
発生するより高いレベルで一時的に操作される場合、シ
ステムは適切な温度でレーザー構成物を維持する。この
ことは、作用流体の温度が一定温度で設定された場合、
特に有用である。この場合、追加の廃棄熱はＰＣＭのさ
らなる溶融を起こすが、ほぼ同じ温度でヒートシンク基
板の温度を維持したままである。従って、レーザー構成
物は同じ温度に維持される。同様に、レーザー構成物が
より低いレベルで一時的に操作される場合、廃棄熱がほ
とんど発生せず、ＰＣＭがほとんど溶融しない。従っ
て、ＰＣＭを有するヒートシンクは、レーザー構成物の
温度を変化させずに操作レベルの増加および減少を可能
にする熱緩衝剤である、と考えられ得る。重要なこと
に、レーザー構成物の熱制御のための電気的フィードバ
ックループの必要性は、熱制御がＰＣＭの潜在熱によっ
て提供される場合には、排除される。
【００７８】ＰＣＭはまた、作用流体の温度が上下する
場合、レーザー構成物の熱制御を提供する。作用流体が
周囲の空気であり、システムがＰＣＭヒートシンクなし
に操作される場合、レーザー構成物の温度は一般的に周
囲温度の変化に等しい量で上下する。しかし、ＰＣＭを
含むヒートシンクアセンブリを有するシステムは周囲空
気の温度が上下する場合、操作温度でレーザー構成物を
良好に維持する。例の様式で、ガリウムを含むヒートシ
ンクが使用され（すなわち、約３０℃の溶融温度）、そ
して熱交換器を通過する周囲空気が約２０℃と３０℃の
間で上下する場合、ヒートシンクと接触している温度感
受性のレーザー構成物は、比較的一定の温度のまま操作
され得る（例えば、約３５℃から４０℃）。
【００７９】ここで、図１４を参照して、動的熱交換器
２８４とレーザーダイオードアレイ２１４と熱伝達状態
にあるＰＣＭ２８７を含むヒートシンクアセンブリ２８
６の間に配置されたＤａｌｌａｓ、ＴｅｘａｓのＭａｒ
ｌｏｗ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．より提供され
るタイプの熱電性冷却器（ＴＥＣ）２８２を示す。ＴＥ
Ｃ２８２はヒートシンクアセンブリ２８６および動的熱
交換器２８４に半田付け、エポキシ、ファスナーによる
圧縮方法により取り付けられる。示したように、ヒート
シンクアセンブリ２８６は構成物を結合するために開口
部２９０にファスナー２８８を貫通することによって熱
交換器２８４にしっかり固定される。従って、熱交換器
２８４は、ヒートシンクアセンブリ２８６からの熱を受
け取り、この熱を熱電性冷却器２８２が冷却部位から加
熱部位に吸い出す。熱電性冷却器２８２自体からの廃棄
熱も同様である。次いで、熱交換器２８４は、そこを通
って流れる作用流体にこの熱を放出する。
【００８０】ＴＥＣ２８２は、ペルチェ理論で操作され
る固体状態のヒートポンプである。代表的なＴＥＣ２８
２は電位をその自由端に印加する場合、温度の差異を作
り出す２つの異なる導体として作用する半導体要素２９
２の配列から構成される。半導体要素２９２のアレイ
は、電気的に直列および熱的に並列で、２つのセラミッ
クプレート２９４の間に半田付けされる。電流が要素を
通過するにつれて、冷却部位２９６で温度が減少し、そ
の結果環境から熱を吸収する。熱は電子が高エネルギー
状態から低エネルギー状態まで移動するにつれて、電子
伝達によって冷却器を通じて運ばれ、対向する部位２９
８で放出される。ＴＥＣ２８２を冷却するために、動的
熱交換器２８４は、ＴＥＣ２８２の「加熱部位」２９８
に隣接して配置され、放出した熱が運び去られる。
【００８１】ＴＥＣ２８２（これは、ヒートシンクアセ
ンブリ２８６と熱伝達状態にある）は、ヒートシンクア
センブリ２８６から熱を引き出し、そしてＰＣＭ２８７
の液体形態から固体化するのに提供され得、その結果レ
ーザーダイオードアレイアセンブリ２１０は大きな遅延
および過熱なしに操作され得る。例えば、この実施態様
は、レーザーダイオードアレイアセンブリ２１０の周囲
温度がＰＣＭ２８７の溶融温度より高い状況において特
に有用である。ヒートシンク２８６を冷却するＴＥＣ２
８２はＰＣＭ２８７を固体化して、過熱からレーザー構
成物を保護するようにする。また、ＴＥＣ２８２を通過
する電流の逆転において、ＴＥＣ２８２は、ＰＣＭ２８
７の温度を上昇させ、上昇する温度を必要とする他のシ
ステム構成物を熱制御し得る。
【００８２】ここで、図１５を特に参照して、本発明の
他の実施態様を示し、ここでＴＥＣ２８２がレーザーダ
イオードアレイ２１４とＰＣＭ充填ヒートシンクアセン
ブリ２８６の間に配置される。ＴＥＣ２８２（これは、
ヒートシンクアセンブリ２８６およびレーザーダイオー
ドアレイ２１４または他の熱発生システム構成物と熱伝
達状態にある）は、レーザーダイオードアレイ２１４お
よびヒートシンクアセンブリ２８６に、半田付け、エポ
キシ、またはファスナーの使用による圧縮方法によっ
て、取り付けられる。この実施態様において、レーザー
ダイオードアレイ２１４または他の熱発生構成物によっ
て放射された熱はＴＥＣ２８２を通過し、そしてＰＣＭ
充填ヒートシンクアセンブリ２８６に放出される。いっ
たんシステム構成物の冷却する要件が規定され、そして
最大熱負荷が計算されたＴＥＣ２８２によって移動され
ると、適切な相転移温度を有する適切なＰＣＭ２９９が
選択され、任意の構成物で不当な熱的歪みなしに、シス
テムを効果的に操作し得る。上記のように、第１波長を
第２波長へ転換するための非線形光学（ＮＬＯ）結晶ア
センブリは、これらの熱感受性結晶を正確に制御するた
めに温度制御システムを一般的に利用する。リン酸チタ
ニルカリウム（ＫＴＰ）およびリチウムトリボレートの
ようなＮＬＯ結晶３００の熱制御についての実施態様
を、図１６に示す。ＰＣＭ充填ヒートシンクアセンブリ
３０２はヒーター３０４と光学ベッド１２にファスナー
３０６を取り付けられたＮＬＯ結晶３００との間に配置
される。ＮＬＯ結晶３００は、結晶の理想的な温度（例
えば、５℃以下）とほぼ一致する相転移温度を有するＰ
ＣＭ３０７で充填された隣接するヒートシンクアセンブ
リ３０２からの熱移動によって理想的な温度で維持され
る。ヒートシンクアセンブリ３０２は、ヒーター３０４
によって加熱され、ＰＣＭ３０７を溶融相に保ち、その
結果ＰＣＭ３０７と密に接触しているＮＬＯ結晶３００
は、ＰＣＭ３０７の溶融温度と一致するほぼ一定の温度
で保持される。
【００８３】ここで、図１７を参照して、２つの異なる
溶融温度を有する２つの型のＰＣＭ３１２、３１４それ
ぞれで充填された複数のキャビティ３１０を有するヒー
トシンクアセンブリ３０８と熱伝達状態にあるレーザー
ダイオードアレイ２１４を示す。好ましくは、より高い
溶融温度を有するＰＣＭ３１２が、より低い溶融温度を
有するＰＣＭ３１４で充填されたキャビティ３１０と比
較して、熱発生デバイスにより近接しているキャビティ
３１０に含まれる。熱発生構成物に近接するＰＣＭ充填
キャビティ３１０はそれを間接的に冷却するように作用
するが、熱発生構成物からより遠くに離れたものは、シ
ステムのための二次ヒートシンクとして作用する。低温
度ＰＣＭ３１４はレーザーダイオードアレイの熱負荷に
基づいて高温度ＰＣＭ３１２をほぼ溶融相に維持するよ
うに選択される。ＰＣＭ充填およびＥＤＭ形成キャビテ
ィ３１０の異なる２つのセットが図１７に示されるが、
２つの型より多いＰＣＭが、熱発生構成物の長さおよび
幅に沿った温度勾配を作製するために使用され得る。さ
らに、種々の形状、サイズ、および配置のＥＤＭおよび
非ＥＤＭキャビティもまた可能である。このデュアルＰ
ＣＭ配置は上記のシステムのヒートシンクに使用され得
る。
【００８４】これらの各実施態様およびその明らかな改
変は、本発明の意図および範囲内にあると考えられ、こ
のことは請求の範囲に記載される。
【００８５】本発明は種々の改変および変更形態が予想
される一方、本発明の詳細な実施態様は図面において例
示の目的で示され、そして本明細書中詳細に記載され
る。しかし、開示された特定の形態に本発明を制限する
ことは意図されないことが理解されるべきである。全く
反対に、添付の請求の範囲に定義されるように、本発明
の精神および範囲に入る全ての修飾体、均等物、および
改変体が含まれることが意図される。
【００８６】
【発明の効果】本発明によれば、よりコンパクトで、ポ
ータブル、軽量、かつ振動しないレーザーシステムが提
供できる。さらに、より効率的な受動冷却を備えるレー
ザーシステムによって、より高出力のレーザーに関する
増加した熱移動に適合し得る。
【００８７】さらに、そのなかを流れる機能媒体を備え
る熱交換器と組み合わせた熱交換物質を使用すること
は、熱吸収特性に加えてレーザー部品の熱制御を提供す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のレーザーシステムの斜視図で
ある。
【図２】図２は、図１の本発明の固体レーザーシステム
の、２−２に沿った側面立面断面図である。
【図３】図３は、本発明の固体レーザーシステムの上面
図である。
【図４】図４は、本発明のレーザー媒体ヒートシンクア
センブリ、ダイオードアレイアセンブリ、レーザー媒
体、およびダイオードアレイヒートシンクアセンブリの
分解図である。
【図５】図５は、本発明のレーザー媒体ヒートシンクア
センブリおよびレーザー媒体の分解図である。
【図６】図６は、図４のレーザー媒体ヒートシンクアセ
ンブリおよびレーザー媒体の６−６に沿った正面断面図
である。
【図７】図７は、図４の７−７に沿った正面断面図であ
り、これはレーザー媒体ヒートシンクアセンブリ、レー
ザー媒体、ダイオードアレイ、およびダイオードアレイ
ヒートシンクアセンブリを示す。
【図８】図８は、入力電流４５Ａ、５００Ｈｚの反復速
度、およびパルス幅２００μ秒で作動した場合のレーザ
ーシステム出力対時間のプロットである。
【図９】図９は、４５、５０、５５および６０Ａでのピ
ーク入力電流で行った試験についての出力波長対時間の
プロットである。
【図１０】図１０は、ヒートシンクアセンブリ、熱交換
器、およびレーザーダイオードアレイの断面図である。
【図１１】図１１は、ヒートシンクアセンブリ、熱交換
器、およびレーザーダイオードアレイを示す、別の実施
態様の断面図である。
【図１２】図１２は、ヒートシンクアセンブリ、熱交換
器、およびレーザーダイオードアレイを示す、別の実施
態様の断面図である。
【図１３】図１３は、２つの２段階温度制御システムを
備える熱伝導における、ダイオードアレイおよびレーザ
ー媒体のを示す、部分的に模式的な側面図である。
【図１４】図１４は、レーザーダイオードアレイ、ヒー
トシンクアセンブリ、熱電冷却デバイス、および能動冷
却熱交換器の断面図である。
【図１５】図１５は、レーザーダイオードアレイ、熱電
冷却デバイス、およびヒートシンクアセンブリの断面図
である。
【図１６】図１６は、熱生成部品、ヒートシンクアセン
ブリ、ヒーター、および光学台アセンブリの床の断面図
である。
【図１７】図１７は、複数の型の相転移物質を有するレ
ーザーダイオードアレイおよびヒートシンクアセンブリ
の断面図である。
【符号の説明】
１０ 固体レーザーシステム １１ 高出力レーザービーム １２ 光学台アセンブリ １４ レーザー上部アセンブリ １６ ハウジングユニット

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 受動的に冷却されたレーザーアセンブリ
    であって、以下：電気的エネルギーを受容し、そして該
    電気的エネルギーを入力光エネルギーおよび熱に転換す
    るための、少なくとも１つのレーザーダイオード；該レ
    ーザーダイオードからの該入力光エネルギーを受容し、
    そして該入力光エネルギーを出力エネルギーおよび熱に
    転換するための固体レーザー媒体；該熱を受容するため
    の、該固体レーザー媒体または該レーザーダイオードの
    いずれかのうち、少なくとも１つが熱的に連結したヒー
    トシンク；および該ヒートシンクと接触し、そして該ヒ
    ートシンク中で受容されている該熱に応答して、固体形
    態から液体形態へと変化する、相転移物質、 を含む、アセンブリ。
  2. 【請求項２】 前記相転移物質がガリウムである、請求
    項１に記載の受動的に冷却されたレーザーアセンブリ。
  3. 【請求項３】 作動していない場合に、前記レーザーシ
    ステムの最大雰囲気温度を超える温度で、前記相転移物
    質が前記固体状態から前記液体状態へと変化する、請求
    項２に記載の受動的に冷却されたレーザーアセンブリ。
  4. 【請求項４】 前記ヒートシンクが、前記レーザーダイ
    オードまたは前記レーザー媒体のいずれか１つと直接的
    に接触している、請求項１に記載の受動的に冷却された
    レーザーアセンブリ。
  5. 【請求項５】 前記ヒートシンクが、基底平面から伸長
    する複数の表面を有する該基底平面を含み、そしてその
    間に間隙を形成し、ここで前記相転移物質は該伸長する
    表面と接触している、請求項１に記載の受動的に冷却さ
    れたレーザーアセンブリ。
  6. 【請求項６】 前記ヒートシンクが、前記伸長表面のま
    わりに前記相転移物質を含む手段をさらに含む、請求項
    ５に記載の受動的に冷却されたレーザーアセンブリ。
  7. 【請求項７】 前記含有手段が前記基底平面と連結し、
    そしてチャンバを形成するように前記伸長表面を封入す
    る、殻を包含する、請求項６に記載の受動的に冷却され
    たレーザーアセンブリ。
  8. 【請求項８】 前記複数の表面が前記基底平面から放射
    状に伸長する、請求項７に記載の受動的に冷却されたレ
    ーザーアセンブリ。
  9. 【請求項９】 前記アセンブリが、前記レーザー媒体ま
    たは前記レーザーダイオードのいずれか他方についての
    相転移物質を有する第２のヒートシンクを含み、その結
    果、両方が相転移物質によって冷却された、請求項１に
    記載の受動的に冷却されたレーザーアセンブリ。
  10. 【請求項１０】 さらに前記ヒートシンクと熱的に連結
    した熱交換器を含み、該ヒートシンクが、該熱交換器を
    通過する作用流体と熱を交換する、請求項１に記載の受
    動的に冷却されたレーザーアセンブリ。
  11. 【請求項１１】 前記熱交換器が直接的に前記ヒートシ
    ンクに結合している、請求項１０に記載の受動的に冷却
    されたレーザーアセンブリ。
  12. 【請求項１２】 前記熱交換器が前記ヒートシンクとと
    もに一体に形成される、請求項１０に記載の受動的に冷
    却されたレーザーアセンブリ。
  13. 【請求項１３】 前記ヒートシンクがその間のギャップ
    を規定する上部および下部を有するフィンを含み、前記
    相転移物質が該ギャップ中に該上部に隣接して配置され
    ており、該フィンの該下部が前記熱交換器の部分であ
    る、請求項１２に記載の受動的に冷却されたレーザーア
    センブリ。
  14. 【請求項１４】 前記ヒートシンクが前記熱交換器より
    も前記レーザー媒体の近位にある、請求項１０に記載の
    受動的に冷却されたレーザーアセンブリ。
  15. 【請求項１５】 前記ヒートシンクが前記相転移物質を
    受容する複数のＰＣＭキャビティを規定し、前記熱交換
    器が前記作動流体を受容する複数の作動流体キャビティ
    を規定し、該ＰＣＭキャビティが該作動流体キャビティ
    よりも前記レーザーダイオードまたは前記レーザー媒体
    のいずれかの少なくとも１つに対して近位にある、請求
    項１０に記載の受動的に冷却されたレーザーアセンブ
    リ。
  16. 【請求項１６】 冷たい側と温かい側を有する熱電冷却
    器をさらに含み、該冷たい側は前記固体レーザー媒体ま
    たは前記レーザーダイオードのいずれか少なくとも１つ
    と熱的に連結しており、前記熱電冷却器は該冷たい側か
    ら前記ヒートシンクと接触している該温かい側へ前記熱
    を伝達する、請求項１に記載の受動的に冷却されたレー
    ザーアセンブリ。
  17. 【請求項１７】 前記相転移物質が異なる溶融点を有す
    る第１および第２の相転移物質を含む、請求項１に記載
    の受動的に冷却されたレーザーアセンブリ。
  18. 【請求項１８】 前記相転移物質が、ガリウム、炭化水
    素アルキル、水酸化物塩、および低い温度金属合金から
    なる群の内の１つから選択される、請求項１に記載の受
    動的に冷却されたレーザーアセンブリ。
  19. 【請求項１９】 前記レーザーダイオードまたは前記レ
    ーザー媒体のいずれか少なくとも１つが操作温度を有
    し、前記相転移物質が該操作温度の約５℃以内の温度で
    前記固体形態から前記液体形態へと変化する、請求項１
    に記載の受動的に冷却されたレーザーアセンブリ。
  20. 【請求項２０】 熱を発生する感温性部品を有するレー
    ザーシステムにおいて使用する熱制御システムであっ
    て、以下：該感温性部品と熱的に連結したヒートシンク
    アセンブリであって、該ヒートシンクアセンブリは実質
    的に固体形態の相転移物質を有し、該相転移物質は前記
    熱を受容した場合に相転移温度で固体形態と液体形態の
    間を変化する、システム。
  21. 【請求項２１】 熱交換器中に相転移物質の金属作動媒
    体を組み込む方法であって、以下：該熱交換器を前記作
    動媒体の液相へと変化させる温度より高い温度に加熱す
    る工程；該作動媒体をその液相と一致する温度に加熱す
    る工程；該熱交換器を融剤で被覆する工程；該作動媒体
    を該熱交換器中に注入する工程；過剰の融剤を除去する
    工程、を包含する、方法。
  22. 【請求項２２】 前記作動媒体を注入する工程、および
    過剰の融剤を除去する工程が同時である、請求項２１に
    記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記作動媒体がガリウムである、請求
    項２１に記載の方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009537998A (ja) * 2006-05-19 2009-10-29 アーゲス ゲセルシャフト フュール インダストリープラヌング ウンド ラセルテクニック エム．ベー．ハー． 可変負荷熱源またはヒートシンクの高精度制御方法、および動的熱源、特に固体レーザ用ポンプダイオードの温度制御装置
JP2009290047A (ja) * 2008-05-30 2009-12-10 Yamaha Motor Co Ltd 部品供給装置およびそれを備えた表面実装機
JP2014139686A (ja) * 2008-06-25 2014-07-31 Coractive High-Tech Inc 高出力光ファイバ部材用エネルギ放散パッケージ及びパッケージング方法

Families Citing this family (66)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6307871B1 (en) * 1998-09-11 2001-10-23 Cutting Edge Optronics, Inc. Laser system using phase change material for thermal control
CN1222092C (zh) * 2000-11-29 2005-10-05 三菱化学株式会社 半导体发光器件
US6397618B1 (en) * 2001-05-30 2002-06-04 International Business Machines Corporation Cooling system with auxiliary thermal buffer unit for cooling an electronics module
EP1454386B1 (en) * 2001-11-21 2007-02-14 General Atomics Laser containing a distributed gain medium
US7002800B2 (en) * 2002-01-25 2006-02-21 Lockheed Martin Corporation Integrated power and cooling architecture
US7106777B2 (en) * 2003-01-07 2006-09-12 The Boeing Company Phase-change heat exchanger
US7170919B2 (en) * 2003-06-23 2007-01-30 Northrop Grumman Corporation Diode-pumped solid-state laser gain module
US7495848B2 (en) * 2003-07-24 2009-02-24 Northrop Grumman Corporation Cast laser optical bench
EP1519039A1 (de) * 2003-09-23 2005-03-30 AVL List GmbH Gütegeschaltener, gepumpter Festkörperlaser
DK176137B1 (da) * 2003-10-27 2006-09-25 Danfoss Silicon Power Gmbh Flowfordelingsenhed og köleenhed med bypassflow
JP2005268445A (ja) * 2004-03-17 2005-09-29 Hamamatsu Photonics Kk 半導体レーザ装置
US7218655B2 (en) * 2004-10-08 2007-05-15 B&W Tek Property, Inc. Solid state laser insensitive to temperature changes
US20060086096A1 (en) * 2004-10-22 2006-04-27 Nanocoolers, Inc. Thermoelectric cooling and/or moderation of transient thermal load using phase change material
US7056116B2 (en) * 2004-10-26 2006-06-06 Ultradent Products, Inc. Heat sink for dental curing light comprising a plurality of different materials
US7729392B2 (en) * 2005-01-28 2010-06-01 Scientific Materials Corporation Monoblock laser with reflective substrate
US7305016B2 (en) * 2005-03-10 2007-12-04 Northrop Grumman Corporation Laser diode package with an internal fluid cooling channel
US7817704B2 (en) * 2005-03-17 2010-10-19 Scientific Materials Corporation Monoblock laser with improved alignment features
US7328508B2 (en) * 2005-07-05 2008-02-12 International Business Machines Corporation Anisotropic heat spreading apparatus and method for semiconductor devices
US20070104233A1 (en) * 2005-11-09 2007-05-10 Jan Vetrovec Thermal management system for high energy laser
US20070115635A1 (en) * 2005-11-18 2007-05-24 Low Andrew G Passive cooling for fiber to the premise (FTTP) electronics
US7761181B2 (en) * 2005-11-29 2010-07-20 The Boeing Company Line replaceable systems and methods
KR100719225B1 (ko) * 2005-12-21 2007-05-17 주식회사 글로벌스탠다드테크놀로지 반도체 제조 공정용 온도조절 시스템
US7839904B1 (en) 2006-01-26 2010-11-23 Scientific Materials Corporation Monoblock laser systems and methods
CA2642886A1 (en) * 2006-02-16 2007-08-30 Denise C. Polacek Cooling device and method
US7656915B2 (en) * 2006-07-26 2010-02-02 Northrop Grumman Space & Missions Systems Corp. Microchannel cooler for high efficiency laser diode heat extraction
US20080056314A1 (en) * 2006-08-31 2008-03-06 Northrop Grumman Corporation High-power laser-diode package system
US7518123B2 (en) * 2006-09-25 2009-04-14 Philip Morris Usa Inc. Heat capacitor for capillary aerosol generator
US7433190B2 (en) * 2006-10-06 2008-10-07 Honeywell International Inc. Liquid cooled electronic chassis having a plurality of phase change material reservoirs
US7983373B2 (en) * 2007-02-07 2011-07-19 Vintomie Networks B.V., Llc Clock distribution for 10GBase-T analog front end
US7532652B2 (en) * 2007-02-20 2009-05-12 The Boeing Company Laser thermal management systems and methods
DE102008004053A1 (de) * 2008-01-11 2009-07-23 Airbus Deutschland Gmbh Spitzenlast-Kühlung von elektronischen Bauteilen durch phasenwechselnde Materialien
US7724791B2 (en) * 2008-01-18 2010-05-25 Northrop Grumman Systems Corporation Method of manufacturing laser diode packages and arrays
US7633980B1 (en) 2008-02-29 2009-12-15 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Phase change based cooling for high burst mode heat loads with temperature regulation above the phase change temperature
US9102857B2 (en) * 2008-03-02 2015-08-11 Lumenetix, Inc. Methods of selecting one or more phase change materials to match a working temperature of a light-emitting diode to be cooled
US7810965B2 (en) 2008-03-02 2010-10-12 Lumenetix, Inc. Heat removal system and method for light emitting diode lighting apparatus
DE102008013816B4 (de) * 2008-03-12 2010-09-16 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Rückgewinnung von Energie aus einem Laserbearbeitungssystem
US8657487B2 (en) * 2008-06-11 2014-02-25 Utah State University Research Foundation Mini-cell, on-orbit, temperature re-calibration apparatus and method
DE102008057963A1 (de) 2008-11-19 2010-05-27 Lorenzen, Dirk, Dr. Strahlungsquelle mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung und Verfahren zum Betrieb der Strahlungsquelle
US8154728B2 (en) * 2008-12-31 2012-04-10 Spectrasensors, Inc. Analytical equipment enclosure incorporating phase changing materials
DE102009000487A1 (de) * 2009-01-29 2010-08-05 Robert Bosch Gmbh Laserzündkerze
US8345720B2 (en) 2009-07-28 2013-01-01 Northrop Grumman Systems Corp. Laser diode ceramic cooler having circuitry for control and feedback of laser diode performance
WO2011025487A1 (en) * 2009-08-27 2011-03-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Heat storage by phase-change material
US8448457B2 (en) * 2009-11-23 2013-05-28 Sartorius Stedim North America Inc. Systems and methods for use in freezing, thawing, and storing biopharmaceutical materials
US8018980B2 (en) * 2010-01-25 2011-09-13 Lawrence Livermore National Security, Llc Laser diode package with enhanced cooling
US8123389B2 (en) 2010-02-12 2012-02-28 Lumenetix, Inc. LED lamp assembly with thermal management system
CN101854027A (zh) * 2010-04-30 2010-10-06 西安炬光科技有限公司 一种用于半导体激光器的液体制冷器
US9590388B2 (en) 2011-01-11 2017-03-07 Northrop Grumman Systems Corp. Microchannel cooler for a single laser diode emitter based system
US9261623B2 (en) * 2011-09-15 2016-02-16 Schlumberger Technology Corporation Target assembly including temperature activated coupler and related methods
CN102620592B (zh) * 2012-04-11 2014-06-04 西安炬光科技有限公司 应用于半导体激光器的液体制冷器的制备方法及其制冷装置
CN102623889B (zh) * 2012-04-11 2014-12-24 西安炬光科技有限公司 应用于半导体激光器的液体制冷器的制备方法及其制冷装置
WO2013159040A1 (en) * 2012-04-19 2013-10-24 Packet Photonics, Inc. Heat removal system for devices and subassemblies
US8937976B2 (en) 2012-08-15 2015-01-20 Northrop Grumman Systems Corp. Tunable system for generating an optical pulse based on a double-pass semiconductor optical amplifier
CN103811976B (zh) * 2014-02-28 2017-02-22 苏州微木智能系统有限公司 一种脉冲式大功率激光器的散热装置及散热方法
EP2949422B1 (de) 2014-05-27 2017-05-17 Step-Tec AG Vorrichtung zur Kühlung von Maschinenbauteilen mittels PCM
US9554491B1 (en) 2014-07-01 2017-01-24 Google Inc. Cooling a data center
CN104218435B (zh) * 2014-09-19 2017-11-07 中国运载火箭技术研究院 一种基于板条式激光器的高密度热流相变储热散热系统
US20190036301A1 (en) * 2017-07-26 2019-01-31 The Boeing Company Methods and apparatus to thermally manage heat sources using eutectic thermal control
RU184534U1 (ru) * 2018-01-10 2018-10-30 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов "Плазма" (АО "ПЛАЗМА") Одночастотный стабилизированный газовый лазер
US10900755B1 (en) * 2018-06-26 2021-01-26 Applied Research Associates, Inc. Laser weapon system
US10685900B2 (en) * 2018-10-22 2020-06-16 Deere & Company Packaging of a semiconductor device with phase-change material for thermal performance
CN109244805A (zh) * 2018-11-02 2019-01-18 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种高功率激光二极管泵浦源阵列的相变热控系统及方法
US10965084B1 (en) * 2019-05-07 2021-03-30 Lockheed Martin Corporation Systems and methods for planar waveguide mounting and cooling
US11985895B2 (en) * 2021-05-17 2024-05-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Thermoelectrically actuated phase change thermal energy storage (TES) module
US20230110020A1 (en) * 2021-10-08 2023-04-13 Simmonds Precision Products, Inc. Heatsinks
US20230400263A1 (en) * 2022-06-13 2023-12-14 Hamilton Sundstrand Corporation Cold plate thermal storage for high load short duration cooling
CN116454713B (zh) * 2023-06-19 2023-08-11 深圳市联明电源有限公司 一种具有自动调节功能的激光电源及控制方法

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3683296A (en) 1970-10-13 1972-08-08 Texas Instruments Inc High efficiency laser cavity
DE2542174C3 (de) 1974-09-21 1980-02-14 Nippon Electric Co., Ltd., Tokio Halbleiterlaservorrichtung
US4057101A (en) 1976-03-10 1977-11-08 Westinghouse Electric Corporation Heat sink
US4219072A (en) 1978-02-10 1980-08-26 Barlow Donald W Sr Phase change material heat exchanger
US4228406A (en) 1978-05-10 1980-10-14 The University Of Rochester Laser apparatus
US4233567A (en) 1978-12-13 1980-11-11 General Electric Company Face-cooled laser device having increased energy storage and output
US4393393A (en) 1979-08-13 1983-07-12 Mcdonnell Douglas Corporation Laser diode with double sided heat sink
US4315225A (en) 1979-08-24 1982-02-09 Mcdonnell Douglas Corporation Heat sink laser diode array
US4673030A (en) 1980-10-20 1987-06-16 Hughes Aircraft Company Rechargeable thermal control system
US4573067A (en) 1981-03-02 1986-02-25 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Method and means for improved heat removal in compact semiconductor integrated circuits
US4415234A (en) 1981-04-02 1983-11-15 Eastman Kodak Company Passive cooling of mirrors
US4454602A (en) 1982-03-26 1984-06-12 Mcdonnell Douglas Corporation Conductively cooled laser diode array
US4709750A (en) 1986-04-10 1987-12-01 Internorth, Inc. Phase change heat exchanger
FR2616976B1 (fr) 1987-06-22 1989-10-13 Lasag Ag Laser avec systeme de refroidissement perfectionne
US4963741A (en) 1987-06-22 1990-10-16 Molectron Detector, Inc. Large area pyroelectric joulemeter
US4852109A (en) 1988-12-02 1989-07-25 General Electric Company Temperature control of a solid state face pumped laser slab by an active siderail
US5005640A (en) 1989-06-05 1991-04-09 Mcdonnell Douglas Corporation Isothermal multi-passage cooler
DE3925201A1 (de) 1989-07-29 1991-02-07 Messerschmitt Boelkow Blohm Optische bank zur halterung optischer, elektrischer u.a. komponenten
US5076348A (en) 1990-01-25 1991-12-31 United Technologies Corporation Solid-to-liquid phase change cooled mirror arrangement
US5105429A (en) 1990-07-06 1992-04-14 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Modular package for cooling a laser diode array
US5253260A (en) 1991-12-20 1993-10-12 Hughes Aircraft Company Apparatus and method for passive heat pipe cooling of solid state laser heads
US5220954A (en) 1992-10-07 1993-06-22 Shape, Inc. Phase change heat exchanger
US5520244A (en) 1992-12-16 1996-05-28 Sdl, Inc. Micropost waste heat removal system
US5315154A (en) 1993-05-14 1994-05-24 Hughes Aircraft Company Electronic assembly including heat absorbing material for limiting temperature through isothermal solid-solid phase transition
US5394427A (en) 1994-04-29 1995-02-28 Cutting Edge Optronics, Inc. Housing for a slab laser pumped by a close-coupled light source
GB9505069D0 (en) * 1995-03-14 1995-05-03 Barr & Stroud Ltd Heat sink
US5834840A (en) * 1995-05-25 1998-11-10 Massachusetts Institute Of Technology Net-shape ceramic processing for electronic devices and packages
US5734672A (en) 1996-08-06 1998-03-31 Cutting Edge Optronics, Inc. Smart laser diode array assembly and operating method using same
US6351478B1 (en) * 1998-09-11 2002-02-26 Cutting Edge Optronics, Inc. Passively cooled solid-state laser
US6307871B1 (en) * 1998-09-11 2001-10-23 Cutting Edge Optronics, Inc. Laser system using phase change material for thermal control
US6397618B1 (en) * 2001-05-30 2002-06-04 International Business Machines Corporation Cooling system with auxiliary thermal buffer unit for cooling an electronics module

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009537998A (ja) * 2006-05-19 2009-10-29 アーゲス ゲセルシャフト フュール インダストリープラヌング ウンド ラセルテクニック エム．ベー．ハー． 可変負荷熱源またはヒートシンクの高精度制御方法、および動的熱源、特に固体レーザ用ポンプダイオードの温度制御装置
JP2009290047A (ja) * 2008-05-30 2009-12-10 Yamaha Motor Co Ltd 部品供給装置およびそれを備えた表面実装機
JP4677009B2 (ja) * 2008-05-30 2011-04-27 ヤマハ発動機株式会社 部品供給装置およびそれを備えた表面実装機
JP2014139686A (ja) * 2008-06-25 2014-07-31 Coractive High-Tech Inc 高出力光ファイバ部材用エネルギ放散パッケージ及びパッケージング方法

Also Published As

Publication number Publication date
IL131838A (en) 2002-12-01
IL131838A0 (en) 2001-03-19
DE69905829T2 (de) 2003-08-14
ATE234522T1 (de) 2003-03-15
US6570895B2 (en) 2003-05-27
US6307871B1 (en) 2001-10-23
EP0987799B1 (en) 2003-03-12
US20020018498A1 (en) 2002-02-14
DE69905829D1 (de) 2003-04-17
EP0987799A3 (en) 2001-01-10
EP0987799A2 (en) 2000-03-22

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