JP2007329469A - Laser diode cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、レーザダイオード冷却装置に関し、特に、たとえば金属、合成樹脂、ガラスなどの各種材料の表面や内面を加工する加工機やバイオ測定器などの固体レーザ励起に用いられる高出力のレーザダイオードを冷却するためのレーザダイオード冷却装置に関する。 The present invention relates to a laser diode cooling device, and in particular, a high-power laser diode used for solid-state laser excitation of a processing machine or a bio-measuring device that processes the surface and inner surface of various materials such as metal, synthetic resin, and glass. The present invention relates to a laser diode cooling device for cooling.
図19は、この発明の背景となる従来の冷却レーザダイオードアレイ組立体を示す分解斜視図である。図19に示す冷却レーザダイオードアレイ組立体1は、複数のモジュール2、2、・・を有する。各モジュール2は、各レーザダイオードアレイ2aを含む。各レーザダイオードアレイ2aは、アノードとなる金属製の各ベース2bにはんだ付けされている。各ベース2bには、それぞれ、冷却液を流すための第1の貫通孔3aと固定用のねじ6を通すための第2の貫通孔3bとが形成されている。また、各ベース2bに対応するように各カソード2cが設けられ、ベース2bとカソード2cとの間には絶縁体2dが挟まれている。
これらのモジュール2、2、・・は一列に並べられ、各ベース2bは、第1の貫通孔3aおよび第2の貫通孔3bに対応する2つの孔を有する平面状に形成された水漏れ防止および電気的絶縁のためのジョイント4、4で挟まれる。
さらに、一列に並べられたこれらのモジュール2、2、・・およびジョイント4、4、・・の両側には、第1の貫通孔3aに通じる入口部および第2の貫通孔3bに対応する貫通孔を有する一方のフランジ5aと、第1の貫通孔3aに通じる出口部および第2の貫通孔3bに対応する貫通孔を有する他方のフランジ5bとが配置され、それらが第2の貫通孔3bなどに通された固定用のねじ6などで固定される。
また、これらのモジュール2、2、・・の背面には1つの絶縁板7が設けられ、ベース2b部分およびカソード2c部分において絶縁板7を貫通する金属ねじ8a、8bによって電気的な接続が行われる。
この冷却レーザダイオードアレイ組立体1では、冷却液を一方のフランジ5aの入口部から各ベース2bの第1の貫通孔3aを経由して他方のフランジ5bの出口部側に流せば、冷却液によってそれらのベース2b、2b、・・にはんだ付けされているレーザダイオードアレイ2a、2a、・・を冷却することができる(例えば特許文献1、特許文献2参照)。
FIG. 19 is an exploded perspective view showing a conventional cooled laser diode array assembly as the background of the present invention. The cooling laser
These
Further, on both sides of the
In addition, one insulating plate 7 is provided on the back of these
In this cooling laser
ところが、図19に示す冷却レーザダイオードアレイ組立体1では、いずれかのレーザダイオードアレイ2aが消耗しまたは故障してそのレーザダイオードアレイ2aを交換する場合、交換しようとするレーザダイオードアレイ2aがはんだ付けされているベース2bを固定用のねじ6から外し、さらに、消耗や故障していない新しいレーザダイオードアレイ2aがはんだ付けされているベース2bの第2の貫通孔3bに固定用のねじ6を通さなければならない。そのため、レーザダイオードアレイ2aの交換作業に大変な手間がかかり、その交換作業が煩雑である。この場合、交換するレーザダイオードアレイ2aの位置によっては、交換しない他のレーザダイオードアレイ2aのベース2bについても、それを固定用のねじ6から外したりそれに固定用のねじ6を通したりしなければならないので、その交換作業がさらに煩雑になる。
However, in the cooled laser
それゆえに、この発明の主たる目的は、レーザダイオードを保持して冷却することができるとともに、保持されているレーザダイオードを簡単に交換することができる、レーザダイオード冷却装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, a main object of the present invention is to provide a laser diode cooling apparatus that can hold and cool a laser diode and can easily replace the held laser diode.
この発明にかかるレーザダイオード冷却装置は、レーザダイオードを保持して冷却するためのレーザダイオード冷却装置であって、冷却モジュールと、冷却モジュールを固定するための固定手段とを備え、冷却モジュールは、モジュール本体と、モジュール本体に形成される、レーザダイオードに電力を供給するための端子と、モジュール本体に対して開閉可能に設けられる蓋体とを備え、モジュール本体は、レーザダイオードを収納するための収納部と、収納部に収納されているレーザダイオードを冷却媒体で冷却するための冷却部と、冷却媒体を外部から冷却部に流入するための流入側通路と、冷却媒体を冷却部から外部に流出するための流出側通路とを備え、モジュール本体の収納部にレーザダイオードを収納した状態でモジュール本体に対して蓋体を閉めることによって、レーザダイオードが蓋体で収納部側に押え付けられて保持されるとともに端子側に押え付けられて端子に電気的に接続される、レーザダイオード冷却装置である。
この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、複数の冷却モジュールにおける流入側通路は、複数の冷却モジュールを配列した際に連通するように形成され、複数の冷却モジュールにおける流出側通路は、複数の冷却モジュールを配列した際に連通するように形成され、固定手段は、任意の数の冷却モジュールを配列した状態で固定するように形成されていることが好ましい。
また、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、モジュール本体は合成樹脂で形成され、モジュール本体の冷却部の近傍において、冷却媒体による磨耗を防止するための金属からなる磨耗防止片が設けられていることが好ましい。
さらに、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、モジュール本体は、合成樹脂からなる複数の部分をたとえば超音波溶着または接着剤で接合することによって形成されていることが好ましい。この場合、流入側通路および流出側通路は、それぞれ、モジュール本体に冷却媒体に対する抵抗が小さくなるような形状に形成されていることが好ましい。また、この場合、端子は、部分的にモジュール本体に埋め込まれていることが好ましい。
また、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、固定手段は、たとえば、配列された冷却モジュールの両側に配置される固定用ブロックと、冷却モジュールおよび固定用ブロックを貫通する接続部材とを含む。
さらに、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、複数の冷却モジュールを配列した状態に位置決めするための位置決め手段を備えていることが好ましい。この場合、位置決め手段は、たとえば、複数の冷却モジュールを配列した状態で複数の冷却モジュールに嵌り合うレールを含む。
また、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、冷却モジュールにおいて、収納部に収納されているレーザダイオードによってレーザ光が出力される側の角部が、360度を4以上の整数で割った角度に形成されていることが好ましい。
さらに、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、端子において、レーザダイオードに対向する接点部分が非平面形状を有する形状に形成されていることが好ましい。
また、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、端子に接触するように設けられる吸熱部材を備えていることが好ましい。
A laser diode cooling device according to the present invention is a laser diode cooling device for holding and cooling a laser diode, comprising a cooling module and a fixing means for fixing the cooling module. A main body, a terminal formed on the module main body for supplying power to the laser diode, and a lid body that can be opened and closed with respect to the module main body, and the module main body is a storage for storing the laser diode A cooling section for cooling the laser diode housed in the housing section with a cooling medium, an inflow side passage for allowing the cooling medium to flow into the cooling section from the outside, and the cooling medium flowing out from the cooling section to the outside And a module main body with the laser diode housed in the housing part of the module body. The laser diode cooling device is configured such that the laser diode is pressed and held on the storage unit side by the lid and held on the terminal side and electrically connected to the terminal by closing the lid with respect to .
In the laser diode cooling device according to the present invention, the inflow side passages in the plurality of cooling modules are formed so as to communicate with each other when the plurality of cooling modules are arranged, and the outflow side passages in the plurality of cooling modules are in the plurality of cooling modules. Preferably, the fixing means is formed so as to be fixed in a state where an arbitrary number of cooling modules are arranged.
In the laser diode cooling device according to the present invention, the module main body is formed of a synthetic resin, and a wear prevention piece made of metal for preventing wear by the cooling medium is provided in the vicinity of the cooling portion of the module main body. It is preferable.
Furthermore, in the laser diode cooling device according to the present invention, it is preferable that the module main body is formed by joining a plurality of portions made of synthetic resin with, for example, ultrasonic welding or an adhesive. In this case, it is preferable that the inflow side passage and the outflow side passage are each formed in a shape such that the resistance to the cooling medium is reduced in the module body. In this case, the terminal is preferably partially embedded in the module body.
In the laser diode cooling device according to the present invention, the fixing means includes, for example, fixing blocks arranged on both sides of the arranged cooling modules, and a connecting member penetrating the cooling module and the fixing blocks.
Furthermore, the laser diode cooling device according to the present invention preferably includes positioning means for positioning a plurality of cooling modules in an arrayed state. In this case, the positioning means includes, for example, rails that fit into the plurality of cooling modules in a state where the plurality of cooling modules are arranged.
Further, in the laser diode cooling device according to the present invention, in the cooling module, the corner on the side where the laser light is output by the laser diode housed in the housing portion is an angle obtained by dividing 360 degrees by an integer of 4 or more. Preferably it is formed.
Furthermore, in the laser diode cooling device according to the present invention, it is preferable that a contact portion facing the laser diode is formed in a shape having a non-planar shape in the terminal.
The laser diode cooling device according to the present invention preferably includes a heat absorbing member provided so as to be in contact with the terminal.
この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、冷却モジュールにおいてモジュール本体の収納部にレーザダイオードを収納してモジュール本体に対して蓋体を閉めれば、レーザダイオードを保持することができるとともに、レーザダイオードをレーザダイオードに電力を供給するための端子に電気的に接続することができる。
また、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、冷却モジュールにおいて冷却媒体を流入側通路を介して冷却部に流入し冷却部から流出側通路を介して流出すれば、収納部に収納され保持されているレーザダイオードを冷却媒体によって冷却することができる。
さらに、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、冷却モジュールにおいて、モジュール本体に対して蓋体を開ければ、収納部に収納されているレーザダイオードを簡単に交換することができるので、保持されているレーザダイオードを簡単に交換することができる。
In the laser diode cooling device according to the present invention, the laser diode can be held and stored in the cooling module if the laser diode is housed in the housing portion of the module body and the lid is closed with respect to the module body. The diode can be electrically connected to a terminal for supplying power.
In the laser diode cooling device according to the present invention, if the cooling medium flows into the cooling section through the inflow side passage and flows out from the cooling section through the outflow side passage in the cooling module, the cooling medium is stored and held in the storage section. The laser diode can be cooled by a cooling medium.
Furthermore, in the laser diode cooling device according to the present invention, in the cooling module, if the lid is opened with respect to the module main body, the laser diode housed in the housing portion can be easily replaced, and thus is retained. The laser diode can be easily replaced.
この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、上述のように、複数の冷却モジュールを配列した際に複数の冷却モジュールにおける流入側通路が連通するとともに複数の冷却モジュールにおける流出側通路が連通するように形成され、固定手段が任意の数の冷却モジュールを配列した状態で固定するように形成されている場合、配列した状態で固定する冷却モジュールの数を任意の数に変更することができる。そのため、保持されるレーザダイオードの数も任意の数に変更することができ、使用するレーザダイオードの数を変更する際に対応することができる。
また、この場合、複数の冷却モジュールを配列した状態で固定すれば、複数の流入側通路が連通するとともに複数の流出側通路が連通するので、冷却媒体を、連通する複数の流入側通路を介して複数の冷却部に流入し複数の冷却部から連通する複数の流出側通路を介して流出することができる。それによって、保持されている複数のレーザダイオードを冷却媒体で冷却することができる。
このようにして複数のレーザダイオードを冷却する場合、個々のレーザダイオードを冷却するための冷却媒体は、個々の流入側通路を介して個々の冷却部に流入され個々の冷却部から個々の流出側通路を介して流出され、1つのレーザダイオードを冷却した冷却媒体が他のレーザダイオードを冷却するために用いられない。そのため、複数のレーザダイオードは、冷却媒体によって同等に冷却され、同じ温度の冷却媒体で冷却されることによって、レーザダイオードの温度変化による波長シフトを最小限に抑えることができる。したがって、それらのレーザダイオードによる固体レーザ励起の効率がよくなる。
In the laser diode cooling device according to the present invention, as described above, when a plurality of cooling modules are arranged, the inflow side passages in the plurality of cooling modules communicate with each other and the outflow side passages in the plurality of cooling modules communicate with each other. In the case where the fixing means is configured to fix an arbitrary number of cooling modules in an arrayed state, the number of cooling modules to be fixed in an arrayed state can be changed to an arbitrary number. Therefore, the number of laser diodes to be held can be changed to an arbitrary number, and it is possible to cope with changing the number of laser diodes to be used.
In this case, if a plurality of cooling modules are arranged and fixed, a plurality of inflow passages communicate with each other and a plurality of outflow passages communicate with each other. Thus, it can flow into a plurality of cooling sections and flow out through a plurality of outflow passages communicating with the plurality of cooling sections. Thereby, the held plurality of laser diodes can be cooled with the cooling medium.
When cooling a plurality of laser diodes in this way, the cooling medium for cooling the individual laser diodes flows into the individual cooling units via the individual inflow side passages and is separated from the individual cooling units to the individual outflow sides. The cooling medium that flows out of the passage and cools one laser diode is not used to cool the other laser diode. Therefore, the plurality of laser diodes are equally cooled by the cooling medium and are cooled by the cooling medium having the same temperature, so that the wavelength shift due to the temperature change of the laser diode can be minimized. Therefore, the efficiency of solid-state laser excitation by these laser diodes is improved.
また、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、上述のように、モジュール本体が合成樹脂で形成され、モジュール本体の冷却部の近傍において磨耗防止片が設けられている場合、モジュール本体の冷却部の近傍において冷却媒体による磨耗を磨耗防止片で防止することができる。 In the laser diode cooling device according to the present invention, as described above, when the module main body is formed of synthetic resin and the wear prevention piece is provided in the vicinity of the cooling section of the module main body, Wear caused by the cooling medium in the vicinity can be prevented by the wear preventing piece.
さらに、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、上述のように、モジュール本体が合成樹脂からなる複数の部分を接合することによって形成されている場合、モジュール本体が複雑な形状であってもモジュール本体を樹脂成型によって形成することができる。たとえば、モジュール本体に流入側通路および流出側通路をそれぞれ冷却媒体に対する抵抗が小さくなるような形状に形成することができ、または、モジュール本体に端子を部分的に埋め込むことができる。流入側通路および流出側通路がそれぞれモジュール本体に冷却媒体に対する抵抗が小さくなるような形状に形成されていると、冷却媒体に対する流入側通路および流出側通路の抵抗が小さくなり、たとえば冷却媒体を送るためのポンプやチラーの小型化を図ることができる。端子が部分的にモジュール本体に埋め込まれていると、端子をモジュール本体に立体的に形成することができ、冷却モジュールの小型化ひいてはレーザダイオード冷却装置の小型化を図ることができる。
また、上述のように合成樹脂からなる複数の部分が超音波溶着または接着剤によって接合された場合、複数の部分を強固に接合することができ、複数の部分間からの水漏れを防止することができる。
Furthermore, in the laser diode cooling device according to the present invention, as described above, when the module main body is formed by joining a plurality of portions made of synthetic resin, the module main body even if the module main body has a complicated shape. Can be formed by resin molding. For example, the inflow-side passage and the outflow-side passage can be formed in the module body in such a shape that the resistance to the cooling medium is reduced, or the terminals can be partially embedded in the module body. If the inflow side passage and the outflow side passage are formed in the module body in such a shape that the resistance to the cooling medium is reduced, the resistance of the inflow side passage and the outflow side passage to the cooling medium is reduced. Therefore, it is possible to reduce the size of the pump and chiller. When the terminals are partially embedded in the module main body, the terminals can be three-dimensionally formed on the module main body, so that the cooling module can be downsized and the laser diode cooling device can be downsized.
In addition, when a plurality of parts made of synthetic resin are joined by ultrasonic welding or an adhesive as described above, the plurality of parts can be firmly joined, and water leakage from the parts is prevented. Can do.
また、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、上述のように、固定手段が、配列された冷却モジュールの両側に配置される固定用ブロックと、冷却モジュールおよび固定用ブロックを貫通する接続部材とを含む場合、固定用ブロック間において接続部材が貫通する冷却用モジュールの数を変えることによって、配列した状態で固定する冷却モジュールの数を変えることができる。 In the laser diode cooling device according to the present invention, as described above, the fixing means includes the fixing blocks arranged on both sides of the arranged cooling modules, and the connection members penetrating the cooling modules and the fixing blocks. If included, the number of cooling modules to be fixed in the arrayed state can be changed by changing the number of cooling modules through which the connecting member passes between the fixing blocks.
さらに、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、上述のように、複数の冷却モジュールを配列した状態に位置決めするための位置決め手段を備えている場合、複数の冷却モジュールを配列した状態に位置決めすることができ、複数の冷却モジュールの配列においてねじれなどの変形を防止することができる。
この場合、上述のように、位置決め手段が、複数の冷却モジュールを配列した状態で複数の冷却モジュールに嵌り合うレールを含む場合、複数の冷却モジュールとレールとが嵌り合うことによって、複数の冷却モジュールを配列した状態に位置決めすることができる。
Furthermore, in the laser diode cooling device according to the present invention, as described above, when the positioning means for positioning the plurality of cooling modules in the arrayed state is provided, the plurality of cooling modules are positioned in the arrayed state. And deformation such as twisting can be prevented in the arrangement of the plurality of cooling modules.
In this case, as described above, when the positioning unit includes rails that fit into the plurality of cooling modules in a state in which the plurality of cooling modules are arranged, the plurality of cooling modules and rails fit together, thereby the plurality of cooling modules. Can be positioned in an arrayed state.
また、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、上述のように、冷却モジュールにおいて、収納部に収納されているレーザダイオードによってレーザ光が出力される側の角部が、360度を4以上の整数で割った角度に形成されている場合、その整数の組に配列された冷却モジュールをたとえば棒状のYAG結晶などのレーザ媒体の周囲に放射状に配列することができ、その整数の組のレーザダイオードからそのレーザ媒体にレーザ光を照射することができる。 In the laser diode cooling device according to the present invention, as described above, in the cooling module, the corner portion on the side where the laser light is output by the laser diode housed in the housing portion is an integer greater than or equal to 360 degrees. Cooling modules arranged in that set of integers can be arranged radially around a laser medium, such as a rod-shaped YAG crystal, from the laser diodes in that set of integers. The laser medium can be irradiated with laser light.
さらに、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、上述のように、端子において、レーザダイオードに対向する接点部分が非平面形状を有する形状に形成されている場合、各部の寸法におけるばらつきやレーザダイオードを端子側に押え付ける力におけるばらつきがあっても、それらのばらつきに対しても良好な結果が得られる。 Furthermore, in the laser diode cooling device according to the present invention, as described above, when the contact portion facing the laser diode is formed in a shape having a non-planar shape in the terminal, the variation in the dimensions of each part or the laser diode is reduced. Even if there is a variation in the pressing force on the terminal side, good results can be obtained for these variations.
また、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置では、上述のように、端子に接触するように設けられる吸熱部材を備えている場合、吸熱部材によって端子の発熱を抑制することができ、そのため、レーザダイオードの発熱を抑制することができる。 Further, in the laser diode cooling device according to the present invention, as described above, when the heat absorbing member is provided so as to be in contact with the terminal, heat generation of the terminal can be suppressed by the heat absorbing member. Heat generation can be suppressed.
この発明によれば、レーザダイオードを保持して冷却することができるとともに、保持されているレーザダイオードを簡単に交換することができる、レーザダイオード冷却装置が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a laser diode cooling device that can hold and cool a laser diode and can easily replace the held laser diode.
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。 The above-mentioned object, other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of the best mode for carrying out the invention with reference to the drawings.
図1は、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置の一例を示す斜視図である。図2は、そのレーザダイオード冷却装置において3個の冷却モジュールを取り除いた状態を示す斜視図である。図3は、図2に示す状態からモジュール本体を分解した状態を示す斜視図である。図4は、図3に示す状態を反対側から見た斜視図である。図5は、そのレーザダイオード冷却装置に用いられる冷却モジュールを幅方向における中央で切断した断面図である。図6は、その冷却モジュールの蓋体を取り除いた状態を示す斜視図である。図7は、図6に示す状態からモジュール本体を分解した状態を示す斜視図である。図8は、図7に示す状態を反対側から見た斜視図である。図9は、その冷却モジュールにおける蓋体およびモジュール本体などの関係を示す図解図である。
図1に示すレーザダイオード冷却装置10は、複数のレーザダイオードを保持して冷却することができるので、まず、そのレーザダイオードの一例について説明する。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a laser diode cooling device according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a state where three cooling modules are removed from the laser diode cooling device. FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the module main body is disassembled from the state shown in FIG. FIG. 4 is a perspective view of the state shown in FIG. 3 viewed from the opposite side. FIG. 5 is a cross-sectional view of the cooling module used in the laser diode cooling device, cut at the center in the width direction. FIG. 6 is a perspective view showing a state where the lid of the cooling module is removed. FIG. 7 is a perspective view showing a state in which the module main body is disassembled from the state shown in FIG. FIG. 8 is a perspective view of the state shown in FIG. 7 viewed from the opposite side. FIG. 9 is an illustrative view showing a relationship between a lid body and a module body in the cooling module.
Since the laser
図18(A)は、図1に示すレーザダイオード冷却装置10によって保持されて冷却されるレーザダイオードの一例を上側から見た斜視図であり、図18(B)は、そのレーザダイオードを下側から見た斜視図である。
図18に示すレーザダイオード100は、FETなどのパッケージの規格であるTO263パッケージにレーザダイオードチップが入った高出力のレーザダイオードであり、パッケージが小さく、安価に製造することができるというメリットを有する。レーザダイオード100は、内部の一端側にレーザダイオードチップが設けられている直方体状の樹脂モールドからなるパッケージ102を含む。このパッケージ102の外部には、その一端側に、たとえばガラスからなる長方形板状のウインドウ104が設けられる。ウインドウ104は、パッケージ102内のレーザダイオードチップから出力されるレーザ光を外部に出力する部分である。パッケージ102においてウインドウ104の反対側である他端側には、3本のピン状の電極106a、106bおよび106cが設けられる。両側の電極106aおよび106cは、パッケージ102内のレーザダイオードチップのPN接合のN側部分に接続され、中央の電極106bは、パッケージ102内のレーザダイオードチップのPN接合のP側部分に接続される。中央の電極106bを電源の正極に接続し、両側の電極106aおよび106cをその電源の負極に接続し、約35Aの電流が流れるように電源の電圧を制御することによって、ウインドウ104からその主面の垂直方向に約30Wのレーザ光が出力される。この場合、パッケージ102の一端側部分が内部のレーザダイオードチップで特に加熱される。このパッケージ102の一端側部分の下面には、ヒートシンクとしてたとえばCuなどの金属からなる正方形板状の冷却フィン108が設けられる。冷却フィン108は、レーザダイオード100を冷却する際に、その下面にかつウインドウ104側から電極106a、106b、106c側に向かってたとえば純水などの冷却媒体が流されるものである。この冷却フィン108の下面には、冷却媒体の流れをよくするための多数の溝108a、108a、・・が、パッケージ102のウインドウ104側から電極106a、106b、106c側にのびて形成される。
18A is a perspective view of an example of a laser diode that is held and cooled by the laser
A
図18に示すレーザダイオード100から出力されるレーザ光の波長は、パッケージ102内のレーザダイオードチップの温度によって変化する。この場合、温度に対する波長の変化量は、たとえば約0.28nm/℃である。そのため、複数のレーザダイオード100を固体レーザ励起に用いる場合には、それらのレーザダイオード100において、パッケージ102を冷却して、パッケージ102内のレーザダイオードチップの温度を一定にし、出力されるレーザ光の波長を所定の波長にしておくことが望ましい。
The wavelength of the laser light output from the
図18に示すレーザダイオード100を保持して冷却する図1に示すレーザダイオード冷却装置10は、同一構造のたとえば4個の冷却モジュール12、12、・・を含む。
The laser
冷却モジュール12は、たとえばPEEK(登録商標)樹脂からなる厚板状のモジュール本体14を含む。モジュール本体14は、図2、図3および図4に示すように、PEEK(登録商標)樹脂で形成された一方側部分14aと他方側部分14bとの2分割された部分を超音波溶着または接着剤で接合することによって形成される。一方側部分14aおよび他方側部分14bには、図7および図8に示すように、それらを位置決めしたり、それらの接合強度を大きくしたり、それらの間の水漏れを防止したりするために、突起やへこみが適宜に嵌り合うように形成されている。また、一方側部分14aおよび他方側部分14bには、それらを接合する前に、接合後に形成することができない所定の手段が形成され、さらに、接合後に組み込めない所定の部品が組み込まれる。なお、モジュール本体14は、PEEK(登録商標)樹脂以外の合成樹脂たとえばPPS樹脂などの合成樹脂、セラミック、ガラスなど他の絶縁体で形成されてもよく、3つ以上の部分を超音波溶着または接着剤で接合することによって形成されてもよい。あるいは、モジュール本体14は、たとえば金属の表面に特殊処理した傾斜機能材料などのように金属の表面に絶縁加工を施した材料で形成されてもよい。このような材料でモジュール本体14を形成すれば、モジュール本体14は、熱伝導性が非常に高く、しかも、合成樹脂からなるものと比べてはるかに高い耐熱性を有するようになる。
The
モジュール本体14の上部には、図6に示すように、レーザダイオード100を収納するための収納部16が形成される。収納部16は、レーザダイオード100のパッケージ102に対応する矩形状の凹部16aと、レーザダイオード100の3本の電極106a、106b、106cに対応する3つの溝部16b、16b、16bとを有する。凹部16aは、モジュール本体14の上部において長手方向における一端側に形成される。また、溝部16b、16b、16bは、モジュール本体14の上部において長手方向における中央にそれぞれ形成される。
As shown in FIG. 6, a
さらに、モジュール本体14には、図6に示すように、収納部16に収納されているレーザダイオード100をたとえば純水などの冷却媒体で冷却するための冷却部18が形成される。冷却部18は、収納部16の凹部16aの底部において、溝部16bの反対側である一端側から中央にわたって形成される空間部である。この冷却部18は、収納部16の凹部16aの底部において、収納部16の凹部16aに収納されているレーザダイオード100の冷却フィン108の溝108aに対応する部分を含む部分に形成される。
Furthermore, as shown in FIG. 6, the
また、モジュール本体14には、図5および図7に示すように、冷却媒体を外部から冷却部18に流入するための流入側通路20が形成される。流入側通路20は、モジュール本体14の長手方向における一端側部分を厚み方向に貫通する流路面積が比較的広い円柱状の通路部20aと、通路部20aの中央から冷却部18の一端側につながるJ字状の通路部20bとを有する。そのため、複数のモジュール本体14を厚み方向に一列に配列した際に、各通路部20aは連通する。また、通路部20bは、流路面積が比較的広い通路部20aから流路面積が一番狭い冷却部18に流通する冷却媒体に対する抵抗を小さくするために、流線型に形成される。この場合、冷却部18につながる通路部20bの端部20cは、モジュール本体14の長手方向において細くなるように形成され、モジュール本体14の幅方向において長くなるように形成される。さらに、通路部20bの端部20cは、凹部16aに収納されているレーザダイオード100の冷却フィン108の溝108aにおいてウインドウ104側の一端部に対応するように形成される。このように、流入側通路20は、流路面積が比較的広い円柱状の通路部20aと流線型の通路部20bとを有し、冷却媒体に対する抵抗が小さくなるような形状に形成されている。
Further, as shown in FIGS. 5 and 7, the module
さらに、モジュール本体14には、冷却媒体を冷却部18から外部に流出するための流出側通路22が形成される。流出側通路22は、モジュール本体14の長手方向における他端側部分を厚み方向に貫通する流路面積が比較的広い円柱状の通路部22aと、通路部22aの中央から冷却部18の他端側につながる長い通路部22bとを有する。そのため、複数のモジュール本体14を厚み方向に一列に配列した際に、各通路部22aも連通する。また、通路部22bは、流路面積が一番狭い冷却部18から流路面積が比較的広い通路部22aに流通する冷却媒体に対する抵抗を小さくするために、流線型を部分的に鈍角に折り曲げた略流線型に形成される。この場合、冷却部18につながる通路部22bの端部22cも、端部20cと同様に、モジュール本体14の長手方向において細くなるように形成され、モジュール本体14の幅方向において長くなるように形成される。さらに、通路部22bの端部22cは、凹部16aに収納されているレーザダイオード100の冷却フィン108の溝108aにおいて電極106a、106b、106c側の他端部に対応するように形成される。このように、流出側通路22は、流路面積が比較的広い円柱状の通路部22aと略流線型の通路部22bとを有し、冷却媒体に対する抵抗が小さくなるような形状に形成されている。
Further, the module
モジュール本体14には、図5および図6に示すように、冷却部18の近傍において、たとえばステンレスなどのイオン化しにくい金属からなる磨耗防止片24が設けられる。この場合、磨耗防止片24は、冷却媒体の流速が最も速い冷却部18の近傍において流入側通路20の端部20cと流出側通路22の端部22cとの間に設けられる。この磨耗防止片24は、冷却媒体の流速が最も速いモジュール本体14の冷却部18の近傍において、冷却媒体による磨耗を防止するためのものである。
As shown in FIGS. 5 and 6, the module
また、モジュール本体14には、収納部16の凹部16aの底部において、冷却部18の周囲に、たとえばゴムなどからなるシール性を有するOリング26が設けられる。このOリング26は、冷却部18からの水漏れを防止するためのものである。
The
モジュール本体14には、図4、図5および図7に示すように、レーザダイオード100に電力を供給するための端子として金属板からなるカソード端子28および金属板からなるアノード端子30が形成される。
As shown in FIGS. 4, 5, and 7, the
カソード端子28は、レーザダイオード100の両側の電極106a、106cに電気的に接続されるものである。カソード端子28は、モジュール本体14において収納部16の両側の溝部16b、16bの底面上から、モジュール本体14の上面の長手方向における他端側を経由し、モジュール本体14の背面の上側にわたって形成される。この場合、カソード端子28は、収納部16の凹部16aに近接する2つの部分および中央の溝部16bに近接する1つの部分が、それぞれモジュール本体14に埋め込まれる。また、カソード端子28は、ねじ32aとモジュール本体14に埋め込まれたナット32bとによって、モジュール本体14の背面に固着される。
The
アノード端子30は、レーザダイオード100の中央の電極106bに電気的に接続されるものである。アノード端子30は、モジュール本体14において中央の溝部16bの底面上から、モジュール本体14に部分的に埋め込まれ、モジュール本体14の背面の下側にわたって形成される。この場合、アノード端子30は、収納部16の凹部16aに近接する部分も、モジュール本体14に埋め込まれる。また、アノード端子30は、ねじ34aとモジュール本体14に埋め込まれたナット34bとによって、モジュール本体14の背面に固着される。
また、アノード端子30、ねじ34aおよびナット34bは、カソード端子28、ねじ32aおよびナット32bに対して、平面的にまたは立体的に間隔を隔てて形成することによって、電気的に絶縁される。
The
In addition, the
モジュール本体14の上部には、図4、図7および図9に示すように、その幅方向における両側に、蓋体スライド用溝36、36が形成される。これらの蓋体スライド用溝36、36は、モジュール本体14に対して後述の蓋体38をスライドして開閉するために用いられるものである。
As shown in FIGS. 4, 7, and 9,
蓋体38は、図1〜図5および図9に示すように、たとえば金属からなる弾性を有するカバー部材40を含む。カバー部材40は、断面略C字状に形成され、両端部40a、40aが蓋体スライド用溝36、36にそれぞれ嵌まるように形成される。この場合、カバー部材40は、両端部40a、40aを蓋体スライド用溝36、36に嵌めることによって、モジュール本体14に対してモジュール本体14の長手方向にスライドできるように形成される。また、カバー部材40には、合成樹脂からなる弾性を有する操作部材42を取付けるための取付用孔40bが形成される。
As shown in FIGS. 1 to 5 and 9, the
操作部材42は、図5に示すように、カバー部材40内に大部分が配置される薄板状のパッケージ押え部42aを含む。パッケージ押え部42aとともに、下方に突出する3列の電極押え部42b、42b、42b(図4、図9参照)と、上方に突出する取付部42cと、凹部を有する引掛部42dとが一体的に形成される。
パッケージ押え部42aは、カバー部材40および操作部材42の弾性を用いて、レーザダイオード100のパッケージ102を収納部16の凹部16aおよび冷却部18側に押えるためのものである。電極押え部42b、42b、42bは、カバー部材40および操作部材42の弾性を用いて、レーザダイオード100の電極106a、106b、106cをカソード端子28およびアノード端子30側に押えるためのものである。なお、蓋体38を閉める際に、パッケージ押え部42aおよび電極押え部42b、42b、42bの端部がパッケージ102および電極106a、106b、106cに引っ掛からないようにするために、パッケージ押え部42aおよび電極押え部42b、42b、42bは、図5に示すように、それらの下端部が、それぞれ丸みを帯びるように形成されているとともに、それらの下面には、それらの下端部に接近するに従って徐々に上方に位置するように傾斜する傾斜面が形成されている。
操作部材42は、取付部42cをカバー部材40の取付用孔40bに挿入することによって、カバー部材40に取り付けられる。この場合、操作部材42においてパッケージ押え部42aの上方に突出する先端部42eを除く大部分および電極押え部42bの大部分がカバー部材40で覆われ、パッケージ押え部42aの先端部42eがカバー部材40の先端面に引っ掛けられる。
As shown in FIG. 5, the
The
The
蓋体38は、カバー部材40を両側から指で挟んだり操作部材42の引掛部42dの凹部に指を掛けたりしてモジュール本体14に対してスライドすることによって、開閉させることができる。この場合、蓋体38を閉める方向(モジュール本体14の背面側から前面側への方向)にカバー部材40をスライドすれば、カバー部材40の先端面に引っ掛かっているパッケージ押え部42aの先端部42eを有する操作部材42も同じ方向にスライドして、蓋体38が閉まる。逆に、蓋体38を開ける方向(モジュール本体14の前面側から背面側への方向)に操作部材42をスライドすれば、操作部材42の取付部42cが挿入されている取付用孔40bが形成されたカバー部材40も同じ方向にスライドして、蓋対38が開く。
このように、蓋体38は、モジュール本体14に対して開閉可能に設けられる。
The
Thus, the
なお、蓋体38のカバー部材40は、金属以外に、たとえば、POM樹脂やポリカーボネート(PC)樹脂などの合成樹脂、セラミック、金属の表面に絶縁加工を施した材料、ゴムなどのように、弾性を有する絶縁体で形成されてもよく、また、蓋体38の操作部材42についても、たとえば、POM樹脂やポリカーボネート(PC)樹脂などの合成樹脂以外に、セラミック、金属の表面に絶縁加工を施した材料、ゴムなどのように、弾性を有する他の絶縁体で形成されてもよい。このように蓋体38の材料としてPOM樹脂を用いれば、蓋体38は、比較的耐熱温度が高く、かつ滑り特性が良好になる。また、蓋体38の材料としてポリカーボネート(PC)樹脂を用いれば、蓋体38の変形温度がさらに高くなり、たとえばレーザダイオード100を5個連結した時の最大負荷電流によってPOM樹脂では変形温度を超えてしまう可能性があっても、そのような高負荷状態でも蓋体38の変形を防止することができる。
In addition to the metal, the
この冷却モジュール12では、モジュール本体14の収納部16にレーザダイオード100を収納した状態でモジュール本体14に対して蓋体38を閉めることによって、パッケージ102がパッケージ押え部42aで収納部16および冷却部18側に押え付けられて保持されるとともに、電極106a、106b、106cが電極押え部42b、42b、42bでカソード端子28およびアノード端子30側に押え付けられてカソード端子28およびアノード端子30の所望のものに電気的に接続されるように形成されている。
In the
また、冷却モジュール12のモジュール本体14には、図2および図3に示すように、その長手方向における一端側の下部およびその他端側の上部に、それらの部分を厚み方向に貫通する2つの固定用孔44aおよび44bが形成される。これらの固定用孔44aおよび44bは、複数の冷却モジュール12を固定する際に用いられるものである。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the module
さらに、レーザダイオード冷却装置10は、任意の数の冷却モジュール12を一列に配列した状態で固定するための固定手段を備える。この固定手段は、図1に示すように、一列に配列された冷却モジュール12の両側に配置される2つの固定用ブロック46、46と、冷却モジュール12および固定用ブロック46を貫通する2本のねじ48a、48bなどの接続部材とを含む。この場合、2本のねじ48a、48bは、冷却モジュール12に形成された固定用孔44a、44bおよびそれらに対応して固定用ブロック46に形成された固定用孔50a、50bにそれぞれ通される。このレーザダイオード冷却装置10では、複数の冷却モジュール12に2本のねじ48a、48bを通すので、1本のねじしか通さない図19に示す従来のものと比べて、複数の冷却モジュール12の配列がたわみにくく複数のレーザ光がそろうとともに、各冷却モジュール12間などのシール性が向上する。
Further, the laser
なお、固定用ブロック46、46には、通路部20aに通じる通路52と、通路部22aに通じる通路54とがそれぞれ形成される。一方の固定用ブロック46の通路52および54には、入力管継手56および出力管継手58がそれぞれ接続される。他方の固定用ブロック46の通路52および54は、たとえば密栓などで塞がれるか、あるいは、形成されなくてもよい。しかしながら、他方の固定用ブロック46の通路54には、別の出力管継手が接続されてもよく、また、他方の固定用ブロック46の通路52には、別の入力管継手が接続されてもよい。
入力管継手56および出力管継手58が接続される一方の固定用ブロック46において、冷却モジュール12に対向する面には、通路部54および56の周囲に、たとえばゴムなどからなるシール性を有するOリング(図示せず)がそれぞれ設けられている。また、一方の固定用ブロック46に隣接する冷却モジュール12において、一方の固定用ブロック46に対向する面とは反対側の面すなわち他の冷却モジュール12に対向する面には、通路部20aおよび22bの周囲に、同様のOリング(図示せず)がそれぞれ設けられている。同様に、他の全ての冷却モジュール12においても、Oリングがそれぞれ設けられている。
The fixing blocks 46 and 46 are respectively formed with a
In one fixing
さらに、このレーザダイオード冷却装置10は、複数の冷却モジュール12を一列に配列した状態に位置決めするための位置決め手段を備える。この位置決め手段は、複数の冷却モジュール12および固定用ブロック46を一列に配列した状態で複数の冷却モジュール12および固定用ブロック46に嵌り合うレール60を含む。レール60は、断面多角形状に形成される。また、レール60の上部の形状に対応した形状の位置決め用凹部62が、冷却モジュール12のモジュール本体14の下部および固定用ブロック46の下部にそれぞれ形成される。この場合、位置決め用凹部62は、複数の冷却モジュール12および固定用ブロック46を一列に配列した状態において、レール60の上部に嵌るように形成される。なお、レール60の上部および位置決め用凹部62の形状は、断面台形状や断面半円形状などのように他の形状であってもよい。また、冷却モジュール12などがレール60に接続されるようにするために、冷却モジュール12および固定用ブロック46の任意のものが、レール60にねじなどの接続部材で接続されてもよい。
Further, the laser
また、このレーザダイオード冷却装置10では、冷却モジュール12において、収納部16に収納されているレーザダイオード100によってレーザ光が出力される側の角部64が、その厚み方向に見て、72度の角度に形成される。
Further, in this laser
このレーザダイオード冷却装置10では、複数の冷却モジュール12においてモジュール本体14の収納部16にレーザダイオード100を収納してモジュール本体14に対して蓋体38を閉めるだけで、複数のレーザダイオード100を保持することができるとともに、複数のレーザダイオード100をカソード端子28およびアノード端子30の所望の端子に電気的に接続することができ、すなわち、レーザダイオード100とそれに電力を供給するための端子とを接続する場合、配線が不要であるとともに、それらを簡単に接続することができる。
また、この場合、蓋体38のパッケージ押え部42aによって、レーザダイオード100のパッケージ102が、冷却部18の周囲のOリング26に押え付けられるので、冷却部18からの水漏れを防止することができる。
さらに、この場合、蓋体38の電極押え部42bによってレーザダイオード100の電極が所望の端子に押え付けられるので、それらの接触抵抗が小さくなり、電気的な抵抗による発熱を抑えることができる。
また、このレーザダイオード冷却装置10では、複数の冷却モジュール12において冷却媒体を流入側通路20を介して冷却部18に流入し冷却部18から流出側通路22を介して流出すれば、収納部16に収納され保持されている複数のレーザダイオード100を冷却媒体によって冷却することができる。この場合、冷却媒体は、冷却フィン108の多数の溝108aにおいては、ウインドウ104側から電極106a106b、106c側に流れる。
さらに、このレーザダイオード冷却装置10では、個々の冷却モジュール12において、モジュール本体14に対して蓋体38を開ければ、収納部16に収納されているレーザダイオード100を簡単に交換することができるので、保持されている複数のレーザダイオード100を個々に簡単に交換することができる。
In the laser
In this case, since the
Further, in this case, since the electrode of the
Further, in the laser
Furthermore, in this laser
また、このレーザダイオード冷却装置10では、固定手段が任意の数の冷却モジュール12を一列に配列した状態で固定するように形成されているので、一列に配列した状態で固定する冷却モジュール12の数を任意の数に変更することができ、保持されるレーザダイオード100の数も任意の数に変更することができる。そのため、使用するレーザダイオード100の数を変更する際に対応することができ、たとえば、レーザ発振器などの設計の自由度が上がり、試作のスピードを上げることができる。
また、この場合、複数の冷却モジュール12を一列に配列した状態で固定すれば、複数の流入側通路20が連通するとともに複数の流出側通路22が連通するので、冷却媒体を、入力管継手56から連通する複数の流入側通路20を介して複数の冷却部18に流入し、複数の冷却部18から連通する複数の流出側通路22を介して出力管継手58から流出することができる。それによって、保持されている複数のレーザダイオード100を冷却媒体で冷却することができる。
このようにして複数のレーザダイオード100を冷却する場合、個々のレーザダイオード100を冷却するための冷却媒体は、個々の流入側通路20を介して個々の冷却部18に流入され個々の冷却部18から個々の流出側通路22を介して流出され、1つのレーザダイオード100を冷却した冷却媒体が他のレーザダイオード100を冷却するために用いられない。そのため、複数のレーザダイオード100は、冷却媒体によって同等に冷却され、同じ温度の冷却媒体で冷却されることによって、レーザダイオード100の温度変化による波長シフトを最小限に抑えることができる。したがって、それらのレーザダイオード100による固体レーザ励起の効率がよくなる。
Further, in this laser
Further, in this case, if the plurality of
When cooling the plurality of
また、このレーザダイオード冷却装置10では、モジュール本体14が合成樹脂で形成され、モジュール本体14の冷却部18の近傍において磨耗防止片24が設けられているので、モジュール本体14の冷却部18の近傍において冷却媒体による磨耗を磨耗防止片24で防止することができ、経年的な磨耗による劣化を防止することができる。
Further, in this laser
さらに、このレーザダイオード冷却装置10では、モジュール本体14が合成樹脂からなる一方側部分14aおよび他方側部分14bの2つの部分を接合することによって形成されているので、モジュール本体14が複雑な形状であるにもかかわらず、モジュール本体14の一方側部分14aおよび他方側部分14bを樹脂成型によって形成することができる。すなわち、モジュール本体14に流入側通路20および流出側通路22をそれぞれ流線型や略流線型などを含む自由な形状の流路に形成することができ、さらに、モジュール本体14にカソード端子28およびアノード端子30を部分的に自由な配置で埋め込むことができる。
流入側通路20および流出側通路22がそれぞれモジュール本体14に流線型や略流線型を含む冷却媒体に対する抵抗が小さくなるような形状に形成されているので、冷却媒体に対する流入側通路20および流出側通路22の抵抗が小さくなり、たとえば冷却媒体を送るためのポンプやチラーの小型化を図ってシステムを最小化したり、同じ能力のポンプやチラーを利用しても接続できる冷却モジュールの数を増大したりすることができる。なお、冷却媒体に対する抵抗が小さくなるような形状としては、流線型や略流線型を含む形状以外に鋭角に折り曲げられない形状などがある。
また、カソード端子28およびアノード端子30が部分的にモジュール本体12に埋め込まれているので、カソード端子28およびアノード端子30をモジュール本体14に立体的に形成することができ、冷却モジュール12の幅方向における小型化ひいてはレーザダイオード冷却装置10の小型化を図ることができる。このようにレーザダイオード冷却装置10の小型化を図ると、レーザ媒体(結晶)をレーザ光で励起する際に、レーザ光の出力密度を増大することによって全体の効率を上げることが可能となる。
さらに、合成樹脂からなる一方側部分14aおよび他方側部分14bが超音波溶着または接着剤によって接合されているので、一方側部分14aおよび他方側部分14bを強固に接合することができ、一方側部分14aおよび他方側部分14b間からの水漏れを防止することができる。
Further, in this laser
Since the
Further, since the
Furthermore, since the one
また、このレーザダイオード冷却装置10では、固定用ブロック46間において接続部材のねじ48a、48bが貫通する冷却用モジュール12の数を変えることによって、一列に配列した状態で固定する冷却モジュール12の数を変えることができる。
Further, in this laser
さらに、このレーザダイオード冷却装置10では、位置決め手段を備えているので、複数の冷却モジュール12を高精度で一列に配列した状態に位置決めすることができ、複数の冷却モジュール12の配列においてねじれなどの変形を防止することができる。この場合、複数の冷却モジュール12の位置決め用凹部62と位置決め手段のレール60の上部とが嵌り合うことによって、複数の冷却モジュール12を一列に配列した状態に位置決めすることができる。なお、このように冷却モジュール12を位置決めするためには、冷却モジュール12に位置決め用凹部62を形成する代わりに、レール60の上部にその長手方向にのびる溝が形成され、冷却モジュール12の下部にその溝に対応する位置決め用凸部が形成されてもよい。
Further, since the laser
また、このレーザダイオード冷却装置10では、冷却モジュール12の角部64が、72度の角度に形成されているので、5組に配列された冷却モジュール12をたとえば棒状のYAG結晶などのレーザ媒体の周囲に放射状に配列することができ、5組のレーザダイオード100からそのレーザ媒体にレーザ光を照射することができる。
Moreover, in this laser
図10は、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置の他の例を示す斜視図である。図11は、図10に示すレーザダイオード冷却装置において一方の固定用ブロックを外した状態を示す斜視図である。図12(A)は、図10に示すレーザダイオード冷却装置に用いられる一方の固定用ブロックを示す正面図であり、図12(B)は、図12(A)のB−B線における断面図である。
図10に示すレーザダイオード冷却装置10は、図1に示すレーザダイオード冷却装置10における3個の冷却モジュール12をそれらに対応する長さのレール60に一列に配列した状態で固定・位置決めしたものを5組有する。また、5組のものは、円柱状のYAG結晶などのレーザ媒体200を円筒状のガラスチューブ202の中心に配置したものの周囲に、星形(放射状)に配列される。それによって、多数の冷却モジュール12を有するポンピングモジュールが構成される。この場合、冷却モジュール12の角部64が72度に形成されているので、5組のものを放射状に配列することができる。さらに、5組のものの両側には、円板状の固定用ブロック46、46が配置され、ねじで固定される。一方の固定用ブロック46は、5組の流入側通路20、1つの入力管継手56およびガラスチューブ202の一端部に通じる通路52と、レーザ媒体200の一端部を通すための貫通孔66とを有する。また、他方の固定用ブロック46は、5組の流出側通路22、1つの出力管継手58およびガラスチューブ202の他端部に通じる通路と、レーザ媒体200の他端部を通すための貫通孔とを有する。また、レーザ媒体200の両端部の外側には、レーザ光を反射して往復させるためのそれぞれのミラー(図示せず)が配置される。
FIG. 10 is a perspective view showing another example of the laser diode cooling device according to the present invention. FIG. 11 is a perspective view showing a state where one fixing block is removed from the laser diode cooling apparatus shown in FIG. 12A is a front view showing one fixing block used in the laser diode cooling device shown in FIG. 10, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 12A. It is.
A laser
図10に示すレーザダイオード冷却装置10では、図1に示すレーザダイオード冷却装置10と同様な効果を奏する。
また、図10にレーザダイオード冷却装置10では、15個のレーザダイオード100からレーザ媒体200にレーザ光が照射される。
さらに、図10に示すレーザダイオード冷却装置10では、ガラスチューブ202内を通る冷却媒体によって、レーザ媒体200が冷却される。
The laser
In the laser
Furthermore, in the laser
図13は、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置のさらに他の例を上側から見た斜視図である。図14は、図13に示すレーザダイオード冷却装置を下側から見た斜視図である。図15は、図13に示すレーザダイオード冷却装置に用いられる冷却モジュールを示す斜視図である。図16は、図15に示す冷却モジュールにおいてモジュール本体に対して蓋体を開けた状態を示す斜視図である。図17は、図16に示す状態からレーザダイオードをモジュール本体の収納部から外した状態を示す斜視図である。
図13に示すレーザダイオード冷却装置10では、図1に示すレーザダイオード冷却装置10と比べて、特に、図16および図17に示すように、冷却モジュール12のカソード端子28およびアノード端子30において、モジュール本体14の収納部16の3つの溝部16b内でレーザダイオード100の電極106a、106b、106cに対向する接点部分28aおよび30aが、たとえば波形状などの平面形状ではない非平面形状を有する形状にそれぞれ形成される。この場合、モジュール本体14の収納部16の各溝部16b内において、たとえば、カソード端子28の接点部分28aは3つの波形状を有する形状に形成され、アノード端子30の接点部分30aは4つの波形状を有する形状に形成される。
FIG. 13 is a perspective view of still another example of the laser diode cooling device according to the present invention as viewed from above. FIG. 14 is a perspective view of the laser diode cooling device shown in FIG. 13 viewed from below. FIG. 15 is a perspective view showing a cooling module used in the laser diode cooling apparatus shown in FIG. FIG. 16 is a perspective view showing a state where the lid is opened with respect to the module body in the cooling module shown in FIG. 15. FIG. 17 is a perspective view showing a state in which the laser diode is removed from the housing portion of the module body from the state shown in FIG.
Compared with the laser
さらに、図13に示すレーザダイオード冷却装置10では、カソード端子28は、図15に示すように、幅方向における中央部分が、短く形成され、モジュール本体14の上面の長手方向における他端側近傍でモジュール本体14に埋め込まれる。また、アノード端子30は、図14および図15〜図17に示すように、カソード端子28と接触しないようにして、モジュール本体14において中央の溝部16bの底面上からモジュール本体14の上面の長手方向における他端側近傍にのびて長く形成され、さらに、そこからモジュール本体14に埋め込まれ、モジュール本体14の背面の下側からモジュール本体14の下面にわたって形成される。
Further, in the laser
また、図13に示すレーザダイオード冷却装置10では、蓋体38は、レーザダイオード100のパッケージ102に接触する前側中央部分とレーザダイオード100の電極106a、106b、106cに接触する内側部分とがたとえば合成樹脂などの絶縁体からなるある一定の硬さを有する材料で形成され、さらに、他の部分がたとえば金属からなるある一定の弾性を有する材料で形成される。さらに、蓋体38は、モジュール本体14に対して閉じたときに、図15に示すように、モジュール本体14の上面の長手方向における他端側部分においてカソード端子28およびアノード端子30を覆わないようにするために、モジュール本体14の上面の長手方向において短く形成される。
Further, in the laser
さらに、図13に示すレーザダイオード冷却装置10には、図13に示すように、蓋体38の後方において、両側の固定用ブロック46、46の上側に、上側吸熱部材68aがたとえばねじなどで固着される。上側吸熱部材68aは、たとえばAlやCuなどの熱伝導性の高い材料からなる板状の吸熱部を含み、吸熱部の一方主面には、たとえば熱伝導性を有するゴムシートやゴムテープなどの非常によく熱を伝える熱伝導シートが接着剤で接着されている。この上側吸熱部材68aは、熱伝導シートがカソード端子28およびアノード端子30に接触し、吸熱部が閉じた蓋体38の後部に接触するように設けられる。
同様に、両側の固定用ブロック46、46の下側には、図14に示すように、上側吸熱部材68aと同様の構造の下側吸熱部材68bがたとえばねじなどで固着される。下側吸熱部材68bは、熱伝導シートがアノード端子30に接触するように設けられる。
Further, in the laser
Similarly, as shown in FIG. 14, a lower
また、図13に示すレーザダイオード冷却装置10では、一方の固定用ブロック46の通路52に入力管継手56が接続され、他方の固定用ブロック46の通路54に出力管継手58が接続されている。
In the laser
図13に示すレーザダイオード冷却装置10では、図1に示すレーザダイオード冷却装置10と同様の効果を奏するが、さらに、以下の効果も奏する。
すなわち、図13に示すレーザダイオード冷却装置10では、冷却モジュール12のカソード端子28およびアノード端子30において、接点部分28aおよび30aを波形状などの非平面形状を有する形状に形成することによって、たとえば量産によりレーザダイオード冷却装置10などの各部の寸法におけるばらつきやレーザダイオード100の電極106a、106b、106cをカソード端子28およびアノード端子30の接点部分28aおよび30a側に押え付ける力におけるばらつきがあっても、良好な電気的な接続が得られ、それらのばらつきに対しても良好な結果が得られ、量産時の不慮の事態に備えることができる。なお、非平面形状を有する形状としては、波形状を有する形状以外に、たとえば凹凸部を有する形状などであってもよい。
さらに、アノード端子30はカソード端子28と比べてより発熱するが、アノード端子30の接点部分30aはカソード端子28の1つの接点部分28aと比べてより多くの波形状を有する形状に形成されているので、アノード端子30の接触抵抗を小さくすることができ、電気的な抵抗による発熱を抑えることができる。
The laser
That is, in the laser
Furthermore, although the
また、図13に示すレーザダイオード冷却装置10では、蓋体38においてレーザダイオード100に接触する部分が絶縁体で形成されているので、蓋体38による不要な短絡を防止することができ、品質のばらつきを回避することができる。
Further, in the laser
さらに、図13に示すレーザダイオード冷却装置10では、上側吸熱部材68aがカソード端子28およびアノード端子30に接触し、下側吸熱部材68bがアノード端子30に接触するように設けられているので、上側吸熱部材68aおよび下側吸熱部材68bによってカソード端子28およびアノード端子30の発熱を抑制することができ、そのため、レーザダイオード100の発熱を抑制することができる。なお、上側吸熱部材68aおよび下側吸熱部材68bによって吸熱された熱エネルギーは、たとえば純水などの冷却媒体で冷却される両側の固定用ブロック46、46に放射される。しかしながら、この熱エネルギーは、上側吸熱部材68aおよび下側吸熱部材68bなどの吸熱部材の構造を変更することによって、固定用ブロック46以外の部分や空気中に放射されるようにしてもよい。また、このような上側吸熱部材68aおよび下側吸熱部材68bなどの吸熱部材は、たとえばレーザダイオード100を4個以上連結して用いる場合のように発熱量が多い場合だけでなく、発熱量が少ない場合にも、用いられることが好ましい。
さらに、レーザダイオード100からの発熱量が多い場合などには、固定用ブロック46や上側吸熱部材68aおよび下側吸熱部材68bに、固定用ブロック46の通路52および54に通じる別の通路を形成し、その別の通路にたとえば純水などの冷却媒体を流通することによって、さらに冷却するようにしてもよい。
なお、図13に示すレーザダイオード冷却装置10では、特に上側吸熱部材68aは、閉じた蓋体38の後部に接触するために、蓋体38が不用意に開かないようにするストッパーとしての機能も兼ね備えている。
さらに、カソード端子28やアノード端子30の形成される位置や形状は、任意に変更されてもよい。たとえば、アノード端子30は、モジュール本体14の下面に形成されなくてもよい。また、吸熱部材の数、形成される位置や形状も、カソート端子28やアノード端子30の位置や形状に対応して任意に変更されてもよい。たとえば、1つの吸熱部材のみがカソード端子28およびアノード端子30の少なくとも一方に接触するように形成されてもよい。
Further, in the laser
Further, when the amount of heat generated from the
In the laser
Furthermore, the positions and shapes of the
また、図13に示すレーザダイオード冷却装置10では、入力管継手56および出力管継手58が両側の固定用ブロック46、46に設けられているので、たとえば純水などの冷却媒体の出入り口が両側の固定用ブロック46、46に分散され、その結果、レーザダイオード100間の波長シフトを抑制することができる。
すなわち、入力管継手56および出力管継手58が片側の固定用ブロック46に設けられていると、たとえば純水などの冷却媒体の出入り口が片側の固定用ブロック46に集中され、各レーザダイオードのための冷却媒体の経路長の差による圧力損失から冷却媒体の流量が場所によって変化し、たとえばレーザダイオードを5個連結して用いたときに若干の波長シフトが発生する。このような波長シフトは、冷却モジュール(レーザダイオード)の数を増やせば増やすほど顕著なものとなる。
それに対して、図13に示すレーザダイオード冷却装置10では、入力管継手56および出力管継手58が両側の固定用ブロック46、46に設けられているので、たとえば純水などの冷却媒体の出入り口が両側の固定用ブロック46、46に分散され、各レーザダイオードのための冷却媒体の経路長の差やその差による圧力損失が少なくなり、場所による冷却媒体の流量差がほとんどなくなり、レーザダイオード間の波長シフトを抑制することができる。さらに、図13に示すレーザダイオード冷却装置10では、固定用ブロック46、46間の冷却モジュール12(レーザダイオード100)の数を増やしても、同様に、各レーザダイオードのための冷却媒体の経路長の差やその差による圧力損失が少なくなり、場所による冷却媒体の流量差がほとんどなくなり、レーザダイオード間の波長シフトを抑制することができる。
Further, in the laser
That is, if the input pipe joint 56 and the output pipe joint 58 are provided in the fixing
On the other hand, in the laser
なお、上述の各レーザダイオード冷却装置10では、純水からなる冷却媒体が用いられているが、冷却媒体としては、純水以外に他の液体や気体が用いられてもよい。
In each of the laser
また、上述の各レーザダイオード冷却装置10では、モジュール本体14に対して蓋体38がスライドして開閉するように形成されているが、蓋体は回転して開閉するように形成されてもよい。
Further, in each of the laser
また、上述の各レーザダイオード冷却装置10では、複数のレーザダイオード100の上面または下面(冷却フィン108側の面)が一平面上にそろうようにそれらのレーザダイオード10が保持されるが、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置は、複数のレーザダイオード100の側面(ウインドウ104も電極106a、106b、106cも形成されていない面)が一平面上にそろうようにそれらのレーザダイオード100が保持されるように構成されてもよい。
In each of the laser
また、上述の各レーザダイオード冷却装置10では、冷却モジュール12の角部64の角度が72度に形成されているため、5個の冷却モジュール12を放射状に配置することができるが、この発明では、その角部64の角度を60度または90度に形成して、6個または4個の冷却モジュール12を放射状に配置することができるようにしてもよい。
Further, in each laser
なお、上述の各レーザダイオード冷却装置10は、特別な形状のレーザダイオード100に対応して形成されているが、この発明にかかるレーザダイオード冷却装置は、他の形状のレーザダイオードに対応して形成されてもよい。
Each of the laser
この発明にかかるレーザダイオード冷却装置は、たとえば金属、合成樹脂、ガラスなどの各種材料の表面や内面を加工する加工機やバイオ測定器などの固体レーザ励起に用いられる高出力のレーザダイオードを冷却する用途に適用できる。 The laser diode cooling device according to the present invention cools a high-power laser diode used for solid-state laser excitation, such as a processing machine or a bio-measuring device that processes the surface and inner surface of various materials such as metal, synthetic resin, and glass. Applicable to usage.
10 レーザダイオード冷却装置
12 冷却モジュール
14 モジュール本体
14a 一方側部分
14b 他方側部分
16 収納部
16a 凹部
16b 溝部
18 冷却部
20 流入側通路
20a、20b 通路部
20c 端部
22 流出側通路
22a、22b 通路部
22c 端部
24 磨耗防止片
26 Oリング
28 カソード端子
30 アノード端子
32a、34a ねじ
32b、34b ナット
36 蓋体スライド用溝
38 蓋体
40 カバー部材
40a 両端部
40b 取付用孔
42 操作部材
42a パッケージ押え部
42b 電極押え部
42c 取付部
42d 引掛部
42e 先端部
44a、44b 固定用孔
46 固定用ブロック
48a、48b ねじ
50a、50b 固定用孔
52、54 通路
56 入力管継手
58 出力管継手
60 レール
62 位置決め用凹部
64 角部
66 貫通孔
68a 上側吸熱部材
68b 下側吸熱部材
100 レーザダイオード
102 パッケージ
104 ウインドウ
106a、106b、106c 電極
108 冷却フィン
108a 溝
200 レーザ媒体
202 ガラスチューブ
DESCRIPTION OF
Claims (12)
冷却モジュール、および
前記冷却モジュールを固定するための固定手段を備え、
前記冷却モジュールは、
モジュール本体、
前記モジュール本体に形成される、レーザダイオードに電力を供給するための端子、および
前記モジュール本体に対して開閉可能に設けられる蓋体を備え、
前記モジュール本体は、
レーザダイオードを収納するための収納部、
前記収納部に収納されているレーザダイオードを冷却媒体で冷却するための冷却部、
前記冷却媒体を外部から前記冷却部に流入するための流入側通路、および
前記冷却媒体を前記冷却部から外部に流出するための流出側通路を備え、
前記モジュール本体の前記収納部にレーザダイオードを収納した状態で前記モジュール本体に対して前記蓋体を閉めることによって、前記レーザダイオードが前記蓋体で前記収納部側に押え付けられて保持されるとともに前記端子側に押え付けられて前記端子に電気的に接続される、レーザダイオード冷却装置。 A laser diode cooling device for holding and cooling a laser diode,
A cooling module, and a fixing means for fixing the cooling module,
The cooling module is
Module body,
A terminal formed on the module body for supplying power to the laser diode; and a lid provided to be openable and closable with respect to the module body.
The module body is
A storage part for storing the laser diode,
A cooling unit for cooling the laser diode stored in the storage unit with a cooling medium;
An inflow side passage for flowing the cooling medium from the outside into the cooling unit; and an outflow side passage for flowing the cooling medium from the cooling unit to the outside,
The laser diode is pressed against and held by the lid by the lid body by closing the lid body with respect to the module body with the laser diode housed in the housing portion of the module body. A laser diode cooling device that is pressed against the terminal side and electrically connected to the terminal.
複数の前記冷却モジュールにおける前記流出側通路は、複数の前記冷却モジュールを配列した際に連通するように形成され、
前記固定手段は、任意の数の前記冷却モジュールを配列した状態で固定するように形成された、請求項1に記載のレーザダイオード冷却装置。 The inflow side passages in the plurality of cooling modules are formed to communicate when a plurality of the cooling modules are arranged,
The outflow side passages in the plurality of cooling modules are formed to communicate when a plurality of the cooling modules are arranged,
2. The laser diode cooling device according to claim 1, wherein the fixing unit is configured to fix an arbitrary number of the cooling modules in an arrayed state.
前記モジュール本体の前記冷却部の近傍において、前記冷却媒体による磨耗を防止するための金属からなる磨耗防止片が設けられている、請求項1または請求項2に記載のレーザダイオード冷却装置。 The module body is made of synthetic resin,
3. The laser diode cooling device according to claim 1, wherein a wear prevention piece made of a metal for preventing wear by the cooling medium is provided in the vicinity of the cooling portion of the module main body.
配列された前記冷却モジュールの両側に配置される固定用ブロック、および
前記冷却モジュールおよび前記固定用ブロックを貫通する接続部材を含む、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のレーザダイオード冷却装置。 The fixing means includes
The laser diode cooling device according to claim 1, comprising: fixing blocks arranged on both sides of the arranged cooling modules; and connection members penetrating the cooling modules and the fixing blocks. .
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JP2007125896A JP2007329469A (en) | 2006-05-12 | 2007-05-10 | Laser diode cooling device |
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Family Applications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2011111328A1 (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-15 | パナソニック株式会社 | Semiconductor laser apparatus |
KR101140612B1 (en) * | 2010-04-22 | 2012-05-02 | 한국전기연구원 | High power laser apparatus combined optical fiber |
-
2007
- 2007-05-10 JP JP2007125896A patent/JP2007329469A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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