JP2763281B2 - レーザーロッドの衝突冷却のための方法と装置 - Google Patents
レーザーロッドの衝突冷却のための方法と装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/04—Arrangements for thermal management
- H01S3/042—Arrangements for thermal management for solid state lasers
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザーロッドを有
する固体レーザー装置に関する。詳しくは、レーザーロ
ッドに冷却液をレーザーロッド軸に直交する放射向きに
供給して余分な熱エネルギーを効率良く放散させる固体
レーザー装置に関する。
する固体レーザー装置に関する。詳しくは、レーザーロ
ッドに冷却液をレーザーロッド軸に直交する放射向きに
供給して余分な熱エネルギーを効率良く放散させる固体
レーザー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体レーザー装置は活性レーザー媒体と
して空洞内にレーザーロッドを備えている。レーザーロ
ッドは、ダイオードアレイ等から励起エネルギーを受
け、装置を加熱する。固体レーザーの設計上の考慮すべ
き主要な点のひとつは、レーザーロッドをどのように冷
却するかである。冷却の効率が良いほど、大きい出力が
レーザーで得られる。
して空洞内にレーザーロッドを備えている。レーザーロ
ッドは、ダイオードアレイ等から励起エネルギーを受
け、装置を加熱する。固体レーザーの設計上の考慮すべ
き主要な点のひとつは、レーザーロッドをどのように冷
却するかである。冷却の効率が良いほど、大きい出力が
レーザーで得られる。
【０００３】現在知られている技術では、レーザーロッ
ドを冷却するため、レーザーロッドの周囲の貯蔵室に冷
却液が閉じ込められる。レーザーロッドと冷却液の間の
冷却効率を最大にすることが望ましい。これを用いた従
来の技術は、レーザーロッドの最大外側周囲を与える。
外側周囲は、レーザーの動作に影響を与えることなく過
去の標準形状を越えて増加させることはできないので、
レーザーロッドの最大冷却効率は、現在入手できるレー
ザー技術およびレーザーロッド／冷却流形態を使用した
ままで過去の値を大幅に増加させることはできない。
ドを冷却するため、レーザーロッドの周囲の貯蔵室に冷
却液が閉じ込められる。レーザーロッドと冷却液の間の
冷却効率を最大にすることが望ましい。これを用いた従
来の技術は、レーザーロッドの最大外側周囲を与える。
外側周囲は、レーザーの動作に影響を与えることなく過
去の標準形状を越えて増加させることはできないので、
レーザーロッドの最大冷却効率は、現在入手できるレー
ザー技術およびレーザーロッド／冷却流形態を使用した
ままで過去の値を大幅に増加させることはできない。
【０００４】ロッドの冷却の現在の技術は、ロッドの長
手軸に平行に流れるように、ロッドの表面にクーラント
液を供給している。この冷却技術は軸流冷却（axial fl
ow cooling）として知られている。
手軸に平行に流れるように、ロッドの表面にクーラント
液を供給している。この冷却技術は軸流冷却（axial fl
ow cooling）として知られている。
【０００５】レーザーの効率的な励起を達成する公知の
技術のひとつは、レーザーロッドを励起するために使用
する光放射に対して透明な物質でレーザーロッドを包む
ことである。このレーザーの形態は、１９９０年１１月
６日付けでカーン氏（O. Kahan）に発行された「集積化
レーザーダイオード励起レーザー応用法（Integrating
Laser Diode Pumped Laser Application）」と題した米
国特許第４，９６９，１５５号に示されている。カーン
氏の特許の図３には、冷却液がレーザーロッドの周囲を
軸方向の流れる装置が示されている。
技術のひとつは、レーザーロッドを励起するために使用
する光放射に対して透明な物質でレーザーロッドを包む
ことである。このレーザーの形態は、１９９０年１１月
６日付けでカーン氏（O. Kahan）に発行された「集積化
レーザーダイオード励起レーザー応用法（Integrating
Laser Diode Pumped Laser Application）」と題した米
国特許第４，９６９，１５５号に示されている。カーン
氏の特許の図３には、冷却液がレーザーロッドの周囲を
軸方向の流れる装置が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高効
率冷却を提供するレーザーのためのレーザーロッドの冷
却機構を提供することである。
率冷却を提供するレーザーのためのレーザーロッドの冷
却機構を提供することである。
【０００７】本発明の別の目的は、レーザーロッドを励
起する能力に影響を与えない、固体レーザー用の冷却シ
ステムを提供することである。
起する能力に影響を与えない、固体レーザー用の冷却シ
ステムを提供することである。
【０００８】本発明の更に別の目的は、ロッドの長手軸
に直交する向きで冷却液がロッドに衝突する、レーザー
ロッド用の放射状冷却システムを提供することである。
に直交する向きで冷却液がロッドに衝突する、レーザー
ロッド用の放射状冷却システムを提供することである。
【０００９】本発明の他の目的は、レーザーロッドと冷
却液の温度差が可能な限り小さい、レーザーロッド用の
放射状冷却システムを提供することである。
却液の温度差が可能な限り小さい、レーザーロッド用の
放射状冷却システムを提供することである。
【００１０】固体レーザーにおいて励起活性媒体として
働くレーザーロッドは、高出力密度を放散する。従っ
て、レーザーロッドの温度は、効率的なレーザー動作を
行なうために、比較的低い温度レベルに維持されなけれ
ばならない。通常のレーザーロッドはほぼ円形の断面を
しており、大抵は固体ＹＡＧ物質で作られる。
働くレーザーロッドは、高出力密度を放散する。従っ
て、レーザーロッドの温度は、効率的なレーザー動作を
行なうために、比較的低い温度レベルに維持されなけれ
ばならない。通常のレーザーロッドはほぼ円形の断面を
しており、大抵は固体ＹＡＧ物質で作られる。
【００１１】強制対流冷却の効率の尺度は、熱伝達係数
と呼ばれるパラメーターである。この係数はＨで表記さ
れ、次の英単位系（English units ）ではＢＴＵ／Ｈｒ
−Ｆｔ2 −°Ｆで表現される。ロッド表面と冷却液の間
の温度差は次式で表現される。
と呼ばれるパラメーターである。この係数はＨで表記さ
れ、次の英単位系（English units ）ではＢＴＵ／Ｈｒ
−Ｆｔ2 −°Ｆで表現される。ロッド表面と冷却液の間
の温度差は次式で表現される。
【００１２】 ΔＴ＝ｑ／Ｈ （１） ここで、ΔＴは冷却液とレーザーロッドの間の温度差、
ｑは単位面積当たりに放散される出力（ＢＴＵ／Ｈｒ−
Ｆｔ2 ）、Ｈは熱伝達係数である。
ｑは単位面積当たりに放散される出力（ＢＴＵ／Ｈｒ−
Ｆｔ2 ）、Ｈは熱伝達係数である。
【００１３】非常に効率良いレーザー動作のためには、
温度差Δｔは可能な限り小さくすべきである。
温度差Δｔは可能な限り小さくすべきである。
【００１４】前述の式は、Ｈが高いほど、ロッド表面と
クーラントの間の温度差Δｔは低くなることを示してい
る。
クーラントの間の温度差Δｔは低くなることを示してい
る。
【００１５】単位面積当たりのレーザーロッドの放散出
力は、典型的な実施形態では、１００ワット／ｃｍ2 す
なわち３１７，１００ＢＴＵ／Ｈｒ−Ｆｔ2 である。タ
ーゲットレーザー効率を達成するため、冷却液とレーザ
ーロッドの間の温度差は１０℃以下でなければならな
い。１７，６１７ＢＴＵ／時の熱除去値はこの温度差限
界の適合する。
力は、典型的な実施形態では、１００ワット／ｃｍ2 す
なわち３１７，１００ＢＴＵ／Ｈｒ−Ｆｔ2 である。タ
ーゲットレーザー効率を達成するため、冷却液とレーザ
ーロッドの間の温度差は１０℃以下でなければならな
い。１７，６１７ＢＴＵ／時の熱除去値はこの温度差限
界の適合する。
【００１６】この値は、実際的でない程の非常に高いク
ーラント速度なしで（層状温度による）軸流冷却により
達成することは難しいことが計算により示されている。
この様なクーラント流を得るには、流速を上げるか、流
れ断面積を減らすことが必要である。流れ断面積を減ら
すことは、ロッドとスリーブの間の空間を小さくするす
ることを意味する。これは、設計に固有の機械的公差に
影響される程度の僅かな寸法の変化に対しても、圧力低
下が非常に敏感になるという理由により望ましくない。
流れ面積の寸法公差による圧力低下の急激な変化は、不
均一な冷却を引き起こす可能性がある。流速を、軸流冷
却を達成し得るクーラント流速度に上げることは、十分
に高い熱除去率Ｈを達成しない。
ーラント速度なしで（層状温度による）軸流冷却により
達成することは難しいことが計算により示されている。
この様なクーラント流を得るには、流速を上げるか、流
れ断面積を減らすことが必要である。流れ断面積を減ら
すことは、ロッドとスリーブの間の空間を小さくするす
ることを意味する。これは、設計に固有の機械的公差に
影響される程度の僅かな寸法の変化に対しても、圧力低
下が非常に敏感になるという理由により望ましくない。
流れ面積の寸法公差による圧力低下の急激な変化は、不
均一な冷却を引き起こす可能性がある。流速を、軸流冷
却を達成し得るクーラント流速度に上げることは、十分
に高い熱除去率Ｈを達成しない。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、衝突冷却（im
pingement cooling ）として知られた、レーザーロッド
のための改善された冷却システムを提供する。レーザー
ロッドの衝突冷却は、本発明ではロッドに沿って均一に
配置された多くの冷却液の噴射によってロッドの表面に
ほぼ垂直にクーラントを供給するので、軸流に関する問
題を解消する。噴射ノズルでは多くの圧力変化が起こ
り、それは噴射口径に依存するが、噴射ノズルの圧力低
下はすべて等しいので、冷却の均一さは圧力低下の影響
を受けない。これは、軸流冷却では発生した圧力低下の
敏感化を引き起こすことなく、ロッド面に衝突する高い
クーラント速度を可能にする。試験データに基づく解析
的予測では、放射状衝突冷却を用いるにより、軸流のＨ
値の二倍ないし四倍といった高いＨ値が得られることが
示された。このような改善により、１０℃以下の値の冷
却効率最大温度差ΔＴを達成することができる。
pingement cooling ）として知られた、レーザーロッド
のための改善された冷却システムを提供する。レーザー
ロッドの衝突冷却は、本発明ではロッドに沿って均一に
配置された多くの冷却液の噴射によってロッドの表面に
ほぼ垂直にクーラントを供給するので、軸流に関する問
題を解消する。噴射ノズルでは多くの圧力変化が起こ
り、それは噴射口径に依存するが、噴射ノズルの圧力低
下はすべて等しいので、冷却の均一さは圧力低下の影響
を受けない。これは、軸流冷却では発生した圧力低下の
敏感化を引き起こすことなく、ロッド面に衝突する高い
クーラント速度を可能にする。試験データに基づく解析
的予測では、放射状衝突冷却を用いるにより、軸流のＨ
値の二倍ないし四倍といった高いＨ値が得られることが
示された。このような改善により、１０℃以下の値の冷
却効率最大温度差ΔＴを達成することができる。
【００１８】ここで述べる発明は、高出力密度（単位面
積当たり高出力）を放散する固体レーザーロッドを冷却
する技術であり、その動作温度が要求される効率を達成
するために比較的低く維持されなければならない固体レ
ーザーロッドを冷却する技術である。本発明は、アレイ
状のクーラント液噴射またはクーラント液流がレーザー
ロッドの加熱面に向けられた衝突冷却を行なう。クーラ
ントには、適切な光学特性を有し、動作温度範囲におい
て凍ったり沸騰したりすることのない、メタノール等の
液体が使用される。
積当たり高出力）を放散する固体レーザーロッドを冷却
する技術であり、その動作温度が要求される効率を達成
するために比較的低く維持されなければならない固体レ
ーザーロッドを冷却する技術である。本発明は、アレイ
状のクーラント液噴射またはクーラント液流がレーザー
ロッドの加熱面に向けられた衝突冷却を行なう。クーラ
ントには、適切な光学特性を有し、動作温度範囲におい
て凍ったり沸騰したりすることのない、メタノール等の
液体が使用される。
【００１９】
【発明の実施の形態】図において、図１と図２はレーザ
ー励起ヘッドと呼ばれるレーザー装置のある部分１０の
側面と端面をそれぞれ示している。レーザー装置部分１
０は、例えばネオジウムを注入したイットリウム・アル
ミニウム・ガーネット（Ｎｄ+3ＹＡＧ）から成る、細長
のほぼ円柱状のレーザーロッド１２を有している。レー
ザーロッド１２は各端がロッド固定具１６により固定さ
れている。各ロッド固定具１６はそれぞれの伝熱性端部
マニホールド１８に固定されている。
ー励起ヘッドと呼ばれるレーザー装置のある部分１０の
側面と端面をそれぞれ示している。レーザー装置部分１
０は、例えばネオジウムを注入したイットリウム・アル
ミニウム・ガーネット（Ｎｄ+3ＹＡＧ）から成る、細長
のほぼ円柱状のレーザーロッド１２を有している。レー
ザーロッド１２は各端がロッド固定具１６により固定さ
れている。各ロッド固定具１６はそれぞれの伝熱性端部
マニホールド１８に固定されている。
【００２０】シールスリーブ２０は、各端部マニホール
ド１８とそれぞれのロッド固定具１６の間のシールとな
っている。一対のＯリング２２は、レーザーロッドと各
ロッド固定具１６の間のシールとなっている。その内側
に例えばサファイア・クリスタル１６により空洞が形成
される内側スリーブ２４は、Ｏリング２６により保持さ
れている。
ド１８とそれぞれのロッド固定具１６の間のシールとな
っている。一対のＯリング２２は、レーザーロッドと各
ロッド固定具１６の間のシールとなっている。その内側
に例えばサファイア・クリスタル１６により空洞が形成
される内側スリーブ２４は、Ｏリング２６により保持さ
れている。
【００２１】クーラント注入口３２は伝熱性端部マニホ
ールドの各々を通り、内側スリーブ２４と外側スリーブ
２８の間の筒状液路３４に連絡している。矢印で示され
るクーラントは各クーラント注入口３２から導入され
る。クーラント排出口３６は端部マニホールド１８の各
々を通り、空洞１４に連絡している。
ールドの各々を通り、内側スリーブ２４と外側スリーブ
２８の間の筒状液路３４に連絡している。矢印で示され
るクーラントは各クーラント注入口３２から導入され
る。クーラント排出口３６は端部マニホールド１８の各
々を通り、空洞１４に連絡している。
【００２２】図１と図２に示すように、噴射孔と呼ばれ
る複数の放射状延在孔３８は、筒状液路３４と空洞１４
の間の内側スリーブ１２の中を、レーザーロッド１２に
対して放射状に延びている。クーラント液は注入口３２
を通って液路３４に入り、放射状孔３８を通過してレー
ザー空洞１４に入る。放射状延在孔３８は、クーラント
を噴射してレーザーロッド１２に衝突させる、内側スリ
ーブ２４の中を延びる小さな噴射孔として機能する。ク
ーラントは、レーザーロッド１２に衝突した後、端部マ
ニホールド１８を通り、クーラント排出口３６へ至り、
両端から流れ落ちる。冷却液をほぼ軸向きで供給する従
来の技術に比べ、本発明ではクーラント液がレーザーロ
ッド１２にほぼ直交する放射向きでレーザーロッド１２
に供給される点が重要である。
る複数の放射状延在孔３８は、筒状液路３４と空洞１４
の間の内側スリーブ１２の中を、レーザーロッド１２に
対して放射状に延びている。クーラント液は注入口３２
を通って液路３４に入り、放射状孔３８を通過してレー
ザー空洞１４に入る。放射状延在孔３８は、クーラント
を噴射してレーザーロッド１２に衝突させる、内側スリ
ーブ２４の中を延びる小さな噴射孔として機能する。ク
ーラントは、レーザーロッド１２に衝突した後、端部マ
ニホールド１８を通り、クーラント排出口３６へ至り、
両端から流れ落ちる。冷却液をほぼ軸向きで供給する従
来の技術に比べ、本発明ではクーラント液がレーザーロ
ッド１２にほぼ直交する放射向きでレーザーロッド１２
に供給される点が重要である。
【００２３】レーザーロッド１２へのクーラント液の放
射状衝突は、従来の軸流技術に比べて、改善された冷却
を提供する。放射向きに入る冷却液は、軸流冷却液レー
ザー励起ヘッドに比べて、激しい乱流（turbulent flo
w）を示す傾向がある。乱流は、層流に比べて高い熱伝
達率を与える。本発明による乱流的放射状衝突冷却装置
では境界層は小さくなり、これによりクーラントとレー
ザーロッドの間の温度差（Δｔ）は小さくなる。
射状衝突は、従来の軸流技術に比べて、改善された冷却
を提供する。放射向きに入る冷却液は、軸流冷却液レー
ザー励起ヘッドに比べて、激しい乱流（turbulent flo
w）を示す傾向がある。乱流は、層流に比べて高い熱伝
達率を与える。本発明による乱流的放射状衝突冷却装置
では境界層は小さくなり、これによりクーラントとレー
ザーロッドの間の温度差（Δｔ）は小さくなる。
【００２４】本発明は、比較的シンプルな構成で、比較
的低いクーラント流率でしかも妥当なクーラント供給圧
力で達成可能な、高出力密度固体レーザー装置の高効率
冷却を提供することが可能とする。クーラント流率、供
給温度、供給圧力の所定の様式に対して、衝突冷却は、
これらの様式のレーザーロッドの現在の冷却方法より
も、非常に効率的（二倍以上）である。さらに、衝突冷
却は、圧力低下の敏感さや冷却の不均一さ等といった現
在の冷却方法にまつわる他の問題も解消する。
的低いクーラント流率でしかも妥当なクーラント供給圧
力で達成可能な、高出力密度固体レーザー装置の高効率
冷却を提供することが可能とする。クーラント流率、供
給温度、供給圧力の所定の様式に対して、衝突冷却は、
これらの様式のレーザーロッドの現在の冷却方法より
も、非常に効率的（二倍以上）である。さらに、衝突冷
却は、圧力低下の敏感さや冷却の不均一さ等といった現
在の冷却方法にまつわる他の問題も解消する。
【００２５】高出力密度レーザーの設計における解決す
べき困難な問題のひとつは、いかに熱を効果的に取り除
いて、比較的低いロッド動作温度に維持するかである。
本発明は冷却効率を改善し、高出力で非常に限られた体
積を占める固体レーザーの設計を可能にする。溶接や穴
開けや切断用の工業用加工レーザーならびにＸ線撮影用
のレーザープラズマ源は、本発明から利益を受けること
ができる。本発明の冷却の思想は、レーザー装置で励起
されたフラッシュランプを冷却することで、レーザーラ
ンプに適用することも可能である。
べき困難な問題のひとつは、いかに熱を効果的に取り除
いて、比較的低いロッド動作温度に維持するかである。
本発明は冷却効率を改善し、高出力で非常に限られた体
積を占める固体レーザーの設計を可能にする。溶接や穴
開けや切断用の工業用加工レーザーならびにＸ線撮影用
のレーザープラズマ源は、本発明から利益を受けること
ができる。本発明の冷却の思想は、レーザー装置で励起
されたフラッシュランプを冷却することで、レーザーラ
ンプに適用することも可能である。
【００２６】活性熱伝達係数（Ｈ）は、クーラント流率
だけで決まるものではなく、放射状延在孔３８の径、使
用する孔３８の数、孔３８の間隔、内側スリーブ２４の
内側面での孔３８とレーザーロッド１２の間の距離で決
まる。与えられたレーザー装置の大きさと機能的要求に
対して、最も高いＨ値を与える最適の構成が計算可能で
ある。
だけで決まるものではなく、放射状延在孔３８の径、使
用する孔３８の数、孔３８の間隔、内側スリーブ２４の
内側面での孔３８とレーザーロッド１２の間の距離で決
まる。与えられたレーザー装置の大きさと機能的要求に
対して、最も高いＨ値を与える最適の構成が計算可能で
ある。
【００２７】図３の試験装置を用いて、レーザーロッド
の等価物を試験モデルとして使用して、５２ワット／ｃ
ｍ2 の出力密度すなわちレーザーロッドの出力密度の５
２パーセントまで発生することができた。試験ユニット
は、加熱表面の全体に渡り均等に配置された放射状のク
ーラント流を提供する０．０１５インチ径の７０個の孔
からなるアレイを有していた。流体ポンプ及び冷却器４
６によりバルブ４２と４４を通って循環されるクーラン
トには、３２重量パーセントのエチレングリコール水溶
液を使用した。
の等価物を試験モデルとして使用して、５２ワット／ｃ
ｍ2 の出力密度すなわちレーザーロッドの出力密度の５
２パーセントまで発生することができた。試験ユニット
は、加熱表面の全体に渡り均等に配置された放射状のク
ーラント流を提供する０．０１５インチ径の７０個の孔
からなるアレイを有していた。流体ポンプ及び冷却器４
６によりバルブ４２と４４を通って循環されるクーラン
トには、３２重量パーセントのエチレングリコール水溶
液を使用した。
【００２８】種々のクーラント流率と種々の出力密度に
対して試験データを得た。予測Ｈ値と、５２ワット／ｃ
ｍ2 の出力密度と種々のクーラント流率に対する測定温
度データから補正した測定Ｈ値とを比較したものを後記
の表１に示す。予測対測定ΔＴのプロットを０．８９Ｇ
ＰＭのクーラント流率に対するワット密度の関数として
図４に示した。図５は、５２ワット／ｃｍ2 の一定の出
力密度の基で種々のクーラント流率に対して、クーラン
ト温度に対する予測と測定のロッド表面温度の差を示し
ている。
対して試験データを得た。予測Ｈ値と、５２ワット／ｃ
ｍ2 の出力密度と種々のクーラント流率に対する測定温
度データから補正した測定Ｈ値とを比較したものを後記
の表１に示す。予測対測定ΔＴのプロットを０．８９Ｇ
ＰＭのクーラント流率に対するワット密度の関数として
図４に示した。図５は、５２ワット／ｃｍ2 の一定の出
力密度の基で種々のクーラント流率に対して、クーラン
ト温度に対する予測と測定のロッド表面温度の差を示し
ている。
【００２９】図４と図５のデータは、本発明の衝突冷却
の活性冷却効率が、表１に示されるように、予測に合っ
ているか上回っていることを示している。
の活性冷却効率が、表１に示されるように、予測に合っ
ているか上回っていることを示している。
【００３０】 表１ 予測対測定強制対流熱伝達係数 （出力密度は５２ワット／ｃｍ2 と一定） クーラント流率 熱伝達係数（Ｂｔｕ／Ｈｒ−Ｆｔ2 °Ｆ） （ＧＰＭ） 予測 測定 ０．３ ２６０４ ３１８８ ０．４ ３１５５ ３６３３ ０．５ ３６６１ ４２１９ ０．６ ４１３４ ４６７９ ０．７ ４５８１ ５０９１ ０．８ ５００９ ５５５０ ０．８９ ５３７８ ５７８８ 本発明について好適な実施形態に関連させて説明した
が、本発明は上述した特定の形態に限られるものではな
く、請求の範囲に記載される発明の要旨を逸脱しない範
囲において成される変形や変更や等価物を含むことは勿
論である。
が、本発明は上述した特定の形態に限られるものではな
く、請求の範囲に記載される発明の要旨を逸脱しない範
囲において成される変形や変更や等価物を含むことは勿
論である。
【図１】本発明による、固体レーザーのレーザーロッド
用の冷却システムの一実施形態の側断面図である。
用の冷却システムの一実施形態の側断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面線に沿って破断した断面図で
ある。
ある。
【図３】図１のレーザーを試験するために用いる試験装
置の模式図である。
置の模式図である。
【図４】図３の試験装置において、０．８９ガロン／分
のクーラント流率の対する、レーザーロッドとクーラン
ト液の間の予測温度差対測定温度差をワット密度の関数
としてプロットしたものである。
のクーラント流率の対する、レーザーロッドとクーラン
ト液の間の予測温度差対測定温度差をワット密度の関数
としてプロットしたものである。
【図５】ロッド表面とクーラント間の予測温度差対測定
温度差を５２ワット／ｃｍ2 の一定出力の基で種々のク
ーラント流率に対してプロットしたものである。
温度差を５２ワット／ｃｍ2 の一定出力の基で種々のク
ーラント流率に対してプロットしたものである。
１２…レーザーロッド、２４…内側スリーブ、３４…筒
状液路、３８…放射状延在孔。
状液路、３８…放射状延在孔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ランドン・エー・ストラットン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90293、プレイア・デル・レイ、キャン プデル・ストリート 400 (72)発明者 ビクラム・ディー・デサイ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92630、レイク・フォーレスト、ブロー ドリーフ 22915 (56)参考文献 特開 平２−209778（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/042
Claims (8)
- 【請求項１】励起レーザー装置内に収容された長手軸を
有するレーザーロッド（１２）の冷却装置であり、 前記レーザーロッド（１２）の周囲に設けられた筒状液
路（３４）と、 前記筒状液路（３４）と前記レーザーロッド（１２）の
間に設けられた冷却部材とを有し、前記冷却部材（２
４）はレーザーロッド（１２）から放射状に延びた少な
くとも一つの孔（３８）を有しており、前記孔（３８）
を通して前記筒状液路（３４）から冷却液を前記レーザ
ーロッドにほぼ垂直に衝突させる、レーザーロッドの冷
却装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記筒状液路（３４）
と前記レーザーロッド（１２）の間に設けられた前記冷
却部材（２４）は、前記レーザーロッド（１２）の周囲
に、前記レーザーロッド（１２）の前記長手軸に共直線
的（co-linear ）に設けられた筒状内側スリーブ（２
４）を有し、前記内側スリーブ（２４）は、前記内側ス
リーブ（２４）の外側表面から前記内側スリーブ（２
４）の内側表面に前記内側スリーブ（２４）を貫通し
た、前記レーザーロッド（１２）の前記長手軸にほぼ垂
直な少なくとも一つの放射状孔（３８）を有し、前記冷
却装置は、前記内側スリーブ部材（２４）の周囲に、前
記レーザーロッド（１２）と前記内側スリーブ（２４）
に共直線的（co-linear ）に設けられた筒状外側スリー
ブ（２８）を更に有し、前記外側スリーブ（２８）はそ
の内側表面が前記内側スリーブ（２４）の前記外側表面
から所定距離離れており、前記内側スリーブ（２４）と
前記外側スリーブ（２８）は前記筒状液路（３４）を形
成している、レーザーロッドの冷却装置。 - 【請求項３】請求項２において、前記筒状内側スリーブ
（２４）はその長手方向に沿って間隔を置いて設けられ
た複数の放射状孔（３８）を有している、レーザーロッ
ドの冷却装置。 - 【請求項４】請求項２において、 前記内側スリーブ（２４）と前記外側スリーブ（２８）
の間の前記液路（３４）内に冷却液を導入するための少
なくとも一つの注入口（３２）を前記外側スリーブ（２
８）に更に有し、これにより前記液路（３４）内の前記
冷却液は前記内側スリーブ（２４）の前記孔（３８）を
通って前記レーザーロッド（１２）にその前記長手軸に
ほぼ垂直に衝突する、レーザーロッドの冷却装置。 - 【請求項５】請求項３において、前記内側スリーブ（２
４）の内側と前記レーザーロッド（１２）の間の領域か
ら前記冷却液を取り除くための少なくとも一つの排出口
（３６）を前記内側スリーブ（２４）に更に有してい
る、レーザーロッドの冷却装置。 - 【請求項６】励起レーザー装置内に収容された長手軸を
有するレーザーロッドの冷却方法であり、 前記レーザー装置内の液路（３４）に冷却液を供給する
工程と、 前記レーザーロッド（１２）に対してほぼ放射状に延び
た少なくとも一つの孔（３８）を備えたスリーブ部材
（２４）を通して前記液路（３４）から前記冷却液を射
出する工程とを有し、これにより前記冷却液は前記孔
（３８）から射出されて前記レーザーロッド（１２）に
前記長手軸に垂直な向きで衝突する、レーザーロッドの
冷却方法。 - 【請求項７】請求項６において、冷却液が前記レーザー
ロッド（１２）に衝突した後、冷却液を閉じ込める工程
を更に有している、冷却方法。 - 【請求項８】請求項７において、閉じ込められた冷却液
の少なくとも一部が乱流となって流れる、冷却方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/339,616 US5471491A (en) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | Method and structure for impingement cooling a laser rod |
| US339616 | 1994-11-15 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213674A JPH08213674A (ja) | 1996-08-20 |
| JP2763281B2 true JP2763281B2 (ja) | 1998-06-11 |
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| JP7297212A Expired - Fee Related JP2763281B2 (ja) | 1994-11-15 | 1995-11-15 | レーザーロッドの衝突冷却のための方法と装置 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP0713272B1 (ja) |
| JP (1) | JP2763281B2 (ja) |
| CA (1) | CA2162754A1 (ja) |
| DE (1) | DE69507434T2 (ja) |
| IL (1) | IL115997A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3065937B2 (ja) | 1995-05-15 | 2000-07-17 | レイセオン・カンパニー | 光学的にポンプされた固体レーザヘッド |
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|---|---|---|---|---|
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| DE69738632T2 (de) * | 1996-07-01 | 2009-06-10 | Panasonic Corp., Kadoma | Lasergerät |
| US6400740B1 (en) * | 1998-10-22 | 2002-06-04 | Laser Diode Array, Inc. | Laser diode apparatus with support structure |
| US6330259B1 (en) * | 1999-06-24 | 2001-12-11 | Jonathan S. Dahm | Monolithic radial diode-pumped laser with integral micro channel cooling |
| WO2002019781A1 (en) * | 2000-08-31 | 2002-03-07 | Powerlase Limited | Electromagnetic radiation generation using a laser produced plasma |
| US7654100B2 (en) * | 2001-04-26 | 2010-02-02 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
| US6993926B2 (en) | 2001-04-26 | 2006-02-07 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
| US6571569B1 (en) | 2001-04-26 | 2003-06-03 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
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-
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-
1995
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- 1995-11-14 DE DE69507434T patent/DE69507434T2/de not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |