JP2007173648A - Fiber laser device and fiber-laser cooling structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ励起源に取り付けられレーザ発振を行うファイバを冷却するためのファイバレーザ冷却構造及びファイバを用いてレーザ光を発するファイバレーザ装置に関し、特にファイバの冷却を確実に、かつ、効率よく行うことができるものに関する。 The present invention relates to a fiber laser cooling structure for cooling a fiber that is attached to a laser excitation source and performs laser oscillation, and a fiber laser device that emits laser light using the fiber, and in particular, reliably and efficiently cools the fiber. About what can be done.
レーザ媒体としてファイバを用いたファイバレーザ装置が知られている。このファイバレーザ装置は、ファイバのコアに添加された希土類イオン等のレーザ媒質に、半導体レーザ等のレーザ励起源から励起光を入射させて、レーザ光の発振・増幅を行うものである。 A fiber laser device using a fiber as a laser medium is known. This fiber laser device oscillates and amplifies laser light by making excitation light incident on a laser medium such as a rare earth ion added to the core of the fiber from a laser excitation source such as a semiconductor laser.
ファイバレーザ装置では、ファイバの温度上昇により、レーザ特性の低下や、増幅器特性の低下(例えば、発振閾値の上昇、変換効率の低下等)が生じることがある。また、クラッドを保護するための被覆部材が熱的損傷を受けて劣化することがある。 In a fiber laser device, a decrease in laser characteristics and a decrease in amplifier characteristics (for example, an increase in oscillation threshold, a decrease in conversion efficiency, etc.) may occur due to an increase in fiber temperature. Further, the covering member for protecting the clad may be deteriorated due to thermal damage.
図4は、レーザ光をファイバを介して発するためのファイバレーザ装置に用いられるファイバレーザ冷却構造を示す側面図、図5は、図4中X−X線で切断して矢印方向に見た断面図である。なお、図中Fはファイバを示している。 FIG. 4 is a side view showing a fiber laser cooling structure used in a fiber laser device for emitting laser light through a fiber, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. FIG. In the figure, F indicates a fiber.
ファイバレーザ冷却構造は、銅材等からなるヒートシンク100を備えている。ヒートシンク100上には、図5に示すようにV字溝101が形成され、ファイバFがこのV字溝101に沿って配置され、2箇所の固定具102によってヒートシンク100に固定されている。これにより、ファイバFがヒートシンク100に伝わり、冷却されるという構造となっている。
The fiber laser cooling structure includes a
この他、ファイバFを冷却するための様々な構造が知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
上述したファイバの冷却構造では、次のような問題があった。すなわち、ファイバFが熱により長手方向に膨張すると、図4に示すように固定具102で固定されている箇所の中央部分Faが浮き上がり、ヒートシンク100から離れてしまう。このため、冷却が十分に行われず、ファイバFが熱損傷する虞があった。
The above-described fiber cooling structure has the following problems. That is, when the fiber F expands in the longitudinal direction due to heat, the central portion Fa of the portion fixed by the
また、特許文献1に記載されたファイバレーザ装置では、ファイバが固定されていないため、環状溝の内部でファイバが動いてしまい、振動の多い環境での使用は殆んど不可能に近い。さらに、ファイバが互いに重なり合うと、本体とファイバとの接触面積が減り、ファイバの冷却効果が低下するという問題があった。 Further, in the fiber laser device described in Patent Document 1, since the fiber is not fixed, the fiber moves inside the annular groove, so that it is almost impossible to use in an environment with a lot of vibration. Furthermore, when the fibers overlap each other, there is a problem that the contact area between the main body and the fiber is reduced and the cooling effect of the fiber is reduced.
さらに、特許文献2に記載されたファイバレーザ装置では、ファイバが円柱体の外周面に巻き付けられているため、ファイバのまっすぐになろうとする性質により、巻きが緩んでファイバが脱落するという問題がある。さらに、レーザの発振や増幅が行われると、ファイバが熱膨張して円柱体から浮き上がるため、円柱体とファイバとの接触面積が減り、ファイバの冷却効果が低下するという問題があった。 Further, in the fiber laser device described in Patent Document 2, since the fiber is wound around the outer peripheral surface of the cylindrical body, there is a problem that the fiber is loosened and the fiber falls off due to the property of trying to straighten the fiber. . Further, when laser oscillation or amplification is performed, the fiber expands from the cylindrical body due to thermal expansion, so that there is a problem that the contact area between the cylindrical body and the fiber decreases and the cooling effect of the fiber decreases.
そこで本発明は、ファイバが熱膨張しても、ヒートシンクによる冷却を確実に行い、ファイバの損傷を防止することができるファイバレーザ冷却構造及びファイバレーザ装置を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fiber laser cooling structure and a fiber laser device that can reliably cool a heat sink and prevent damage to the fiber even when the fiber is thermally expanded.
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のファイバレーザ冷却構造及びファイバレーザ装置は次のように構成されている。 In order to solve the above problems and achieve the object, the fiber laser cooling structure and the fiber laser apparatus of the present invention are configured as follows.
主ヒートシンクと、この主ヒートシンクの一面側に冷却対象となるファイバの軸線方向に沿って形成された主溝と、上記主ヒートシンクの一面側に配置され、上記主溝に対向する副溝を有する副ヒートシンクと、上記主溝と上記副溝との間に形成された領域に充填され、上記ファイバと上記主ヒートシンク及び上記副ヒートシンクとで形成される空間を満たす熱伝導ジェルとを備えていることを特徴とする。 A main heat sink, a main groove formed on one surface side of the main heat sink along the axial direction of the fiber to be cooled, and a sub-groove disposed on the one surface side of the main heat sink and facing the main groove A heat-conducting gel filled in a region formed between the main groove and the sub-groove and filling a space formed by the fiber, the main heat sink, and the sub-heat sink. Features.
レーザ励起源と、このレーザ励起源に接続されたファイバと、このファイバを冷却するファイバレーザ冷却部とを具備し、上記ファイバレーザ冷却部は、主ヒートシンクと、この主ヒートシンクの一面側に上記ファイバの軸線方向に沿って形成された主溝と、上記主ヒートシンクの一面側に配置され、上記主溝に対向する副溝を有し、上記主溝との間に形成された空間に上記ファイバを収容する副ヒートシンクと、上記空間を満たす熱伝導ジェルとを備えていることを特徴とする。 A laser pumping source; a fiber connected to the laser pumping source; and a fiber laser cooling unit that cools the fiber. The fiber laser cooling unit includes a main heat sink and the fiber on one surface side of the main heat sink. A main groove formed along the axial direction of the main heat sink and a sub-groove disposed on one surface side of the main heat sink and facing the main groove, and the fiber is placed in a space formed between the main groove and the main groove. A secondary heat sink to be accommodated and a heat conductive gel filling the space are provided.
本発明によれば、ファイバが熱膨張しても、ヒートシンクによる冷却を確実に行い、ファイバの損傷を防止することが可能となる。 According to the present invention, even when the fiber is thermally expanded, it is possible to reliably perform cooling by the heat sink and prevent the fiber from being damaged.
図1は本発明の一実施の形態に係るファイバレーザ装置10を一部簡略化して示す側面図、図2は同ファイバレーザ装置10に組み込まれたファイバレーザ冷却部20を図1中X−X線で切断し矢印方向に見た断面図、図3は同ファイバ冷却部20を図1中Y−Y線で切断し矢印方向に見た断面図である。
FIG. 1 is a side view schematically showing a part of a
ファイバレーザ装置10は、半導体レーザ等のレーザ励起源11と、このレーザ励起源11から導入されたレーザ光を励起するファイバFと、ファイバFを冷却するファイバ冷却部20とを備えている。
The
ファイバレーザ冷却部20は、銅材製の主ヒートシンク30と、この主ヒートシンク30の上面に配置された銅材製の副ヒートシンク40とを備えている。
The fiber
主ヒートシンク30には、冷却対象となるファイバFの長手方向に沿って半円状の主溝31及びV字状の固定溝32とが形成されている。また、副ヒートシンク40には、主溝31に対向して半円状の副溝41が形成されている。主ヒートシンク30に比べ副ヒートシンク40は、ファイバFの長手方向において短く形成されている。
The
主溝31と副溝41との間には、断面円形状の空間が形成され、この空間内には熱伝導ジェルであるグリスGが充填されるとともに、ファイバFが主ヒートシンク30及び副ヒートシンク40から離間して配置されている。すなわち、ファイバFと主ヒートシンク30及び副ヒートシンク40とは直接接触していない。
A space having a circular cross section is formed between the
主ヒートシンク30の固定溝32には、ファイバFの一端側が板状の固定具50によって固定されている。主ヒートシンク30の内部には冷却水(冷却流体)を通流させる通流部33が形成されている。なお、通流部33は副ヒートシンク40側に設けてもよい。
One end of the fiber F is fixed to the
このように構成されたファイバレーザ装置10では、ファイバFが次のようして冷却される。すなわち、ファイバFが発熱するとグリスGを介して主ヒートシンク30及び副ヒートシンク40に伝熱される。また、ファイバFが発熱により長手方向に膨張すると、固定具50により固定された側(図中右端)は移動しないため、レーザ励起源11からのレーザ光をロス無く導入することができる。一方、他端側は、主溝31と副溝41との間においてグリスGによって自由に支持されているため、長手方向に膨張してもファイバFにストレスがかかったり、弛んだりすることはない。したがって、ファイバFの熱損傷を防止することができる。
In the
上述したように、本実施の形態に係るファイバレーザ装置10によれば、ファイバFの一端側の固定を確実に行うことができるとともに、ファイバFがレーザ発振により熱膨張しても、冷却を確実に行うことができ、ファイバFの損傷を防止することができる。
As described above, according to the
なお、主ヒートシンク30及び副ヒートシンク40は銅材製としたが、熱伝導率が高い材質のものであれば、銅材製に限られない。また、主溝31、固定溝32、副溝41は上記した形状に限られない。また、ファイバFと主ヒートシンク30及び副ヒートシンク40とが直接接触する部分があってもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
Although the
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
10…ファイバレーザ装置、20…ファイバレーザ冷却部、30…主ヒートシンク、31…主溝、32…固定溝、40…副ヒートシンク、41…副溝、50…固定具、F…ファイバ、G…グリス(熱伝導ジェル)。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
この主ヒートシンクの一面側に冷却対象となるファイバの軸線方向に沿って形成された主溝と、
上記主ヒートシンクの一面側に配置され、上記主溝に対向する副溝を有する副ヒートシンクと、
上記主溝と上記副溝との間に形成された領域に充填され、上記ファイバと上記主ヒートシンク及び上記副ヒートシンクとで形成される空間を満たす熱伝導ジェルとを備えていることを特徴とするファイバレーザ冷却構造。 A main heat sink,
A main groove formed along the axial direction of the fiber to be cooled on one surface side of the main heat sink;
A sub heat sink disposed on one side of the main heat sink and having a sub groove facing the main groove;
A heat conductive gel filling a space formed by the fiber, the main heat sink, and the sub heat sink is provided in a region formed between the main groove and the sub groove. Fiber laser cooling structure.
このレーザ励起源に接続されたファイバと、
このファイバを冷却するファイバレーザ冷却部とを具備し、
上記ファイバレーザ冷却部は、主ヒートシンクと、
この主ヒートシンクの一面側に上記ファイバの軸線方向に沿って形成された主溝と、
上記主ヒートシンクの一面側に配置され、上記主溝に対向する副溝を有し、上記主溝との間に形成された空間に上記ファイバを収容する副ヒートシンクと、
上記空間を満たす熱伝導ジェルとを備えていることを特徴とするファイバレーザ装置。 A laser excitation source;
A fiber connected to this laser excitation source;
A fiber laser cooling section for cooling the fiber,
The fiber laser cooling section includes a main heat sink,
A main groove formed along the axial direction of the fiber on one surface side of the main heat sink;
A sub heat sink disposed on one surface side of the main heat sink, having a sub groove facing the main groove, and housing the fiber in a space formed between the main groove;
A fiber laser device comprising: a heat conducting gel that fills the space.
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