JP3897045B2 - レーザ発振器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザダイオード（以下、ＬＤと称す）を励起光源として使用するＬＤ励起固体レーザ装置、並びに該装置に使用する集光器モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＬＤ励起固体レーザ装置においては、励起光を固体レーザ媒質近傍へ閉じ込めるための集光器、並びに固体レーザ媒質を水冷するためのフローチューブを、励起部を支持する側板に直接固定していた。
また、ＬＤと固体レーザ媒質の冷却系統は独立しており、固体レーザ媒質の冷却水のみ、側板を介して給排水していた（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２７７８３７号公報（図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＬＤ励起固体レーザ装置においては、励起光を固体レーザ媒質近傍へ閉じ込めるための集光器、並びに固体レーザ媒質を水冷するためのフローチューブを、励起部を支持する側板に直接固定する構造となっていたため、精度よく、かつ簡易に、励起部を組み立てることが難しいという問題点があった。
また、励起光源であるＬＤと、固体レーザ媒質を冷却する冷却水の配管系統が独立しており、固体レーザ媒質に対する冷却水は、励起部を支持する側板を介して給排水するのに対し、ＬＤに対する冷却には別個に配管を設け、冷却水を給排水する必要がある。このため、従来のＬＤ励起固体レーザ装置は、複数の冷却系統に応じた配管部品が必要になり、部品点数及び組立工数が増加するという問題点があった。
また冷却水を供給するための配管部が水漏れの原因となり、ＬＤ励起固体レーザ装置の信頼性低下の原因になるという問題点があった。
【０００５】
本発明では、かかる問題点を解決するためになされたもので、組立が容易で、ＬＤモジュールへ冷却水を供給するための配管が不要となる集光器モジュールならびに該集光器モジュールを用いたＬＤ励起固体レーザ装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、レーザ媒質を格納する貫通穴を有し、この貫通穴へ励起光を導入するための開口が設けられた集光器ブロックと、この集光器ブロックの端部に固定され、上記レーザ媒質に冷却水を導く冷却水路および側面に設けられた流出入口に冷却水を導く冷却水路が形成された端板と、この端板により固定及びシールされ、上記レーザ媒質に対する冷却水路を形成するフローチューブと、励起光を発生する励起光源を有し、上記端板の側面に配置され、上記端板の側面に設けられた前記流出入口と連通し励起光源を冷却する冷却水路が形成された励起光源モジュールと、を備えた。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
第１図は、この発明の実施の形態１における集光器モジュールを示す斜視図である。
第１図において、四角柱形状を有する集光器ブロック１は、セラミックからなる拡散反射材にて構成されている。そして、集光器ブロック１の４つの側面には、スリット状の開口１０２が設けられている。
集光器ブロック１の一方の端部に固定された給水板２には、正面中央部分にロッド給水口２０１及びＬＤ給水口２０２が、側面にＬＤ冷却水流出口２０３が設けられ、給水板２内部において、ＬＤ給水口２０２とＬＤ冷却水流出口２０３が通ずるよう流路が形成されている。
また、給水板２には、励起光源であるＬＤモジュールを固定するためのＬＤ固定用ネジ穴２０４、集光器ブロック１を給水板２に固定するための集光器固定用穴２０５、給排水側板との結合するための側いた固定用穴２０６が形成されている。
３は集光器ブロック１のもう一方の端部に固定された給水板２と対称な形状及び構造を有する排水板であり、給水板２のロッド給水口２０１に対応するロッド排水口３０１、ＬＤ給水口２０２に対応するＬＤ排水口３０２、排水板３の側面に設けられたＬＤ冷却水流入口３０３、排水板３に設けられたＬＤ固定用ネジ穴３０４、集光器固定用穴３０５が形成されている。
【０００８】
第２図は、第１図において示した集光器モジュールにて使用している集光器ブロック１の詳細構造を示す斜視図である。
第２図において、１０１は集光器ブロック１の中央を貫通する貫通穴で、集光器ブロック１の側面に設けられたスリット状の開口１０２は、貫通穴１０１にまで達するよう形成されている。
１０３は集光器ブロックの一方の端部に設けられた給水板２を固定するための給水板固定用ネジ穴で、集光器ブロック１のもう一方の端部には、排水板３を固定する排水板固定用ネジ穴が設けられ、それぞれ集光器固定用穴２０５、３０５と対応している。
４は集光器ブロック１の貫通穴１０１中に配せられたフローチューブであり、励起光源として使用するＬＤの波長に対し、透明な材料より構成されており、本実施の形態においては、フローチューブ４の材料として石英を使用している。
またフローチューブ４の両端部は、給水板２及び排水板３にて、シール及び固定される。
【０００９】
第３図は、第１図にて示した集光器モジュールに対し、励起光源であるＬＤモジュールを固定する方法を示す斜視図である。
第３図において、励起光源であるＬＤモジュール５は、水冷ヒートシンク上に発光部本体であるＬＤバーを接合したＬＤパッケージ５０１を複数並列（本実施の形態では６台）に固定されている。
ＬＤパッケージ５の水冷ヒートシンクは、マニホールド５０２から冷却水を供給されている。
また、マニホールド５０２には、ＬＤモジュール５を集光器モジュール１に対し固定するためのＬＤ固定用穴５０３が形成され、ＬＤ固定用ボルト５０７を用いて給水板２のＬＤ固定用ネジ穴２０４、排水板３のＬＤ固定用ネジ穴３０４に締結される。
この際、ＬＤモジュール５の発光部と集光器ブロック１のスリット状の開口１０２は対向する位置に設定されており、ＬＤモジュール５より発せられた励起光は、スリット状の開口１０２を通じて、第２図にて示した集光器ブロック１の貫通穴１０１中にまで達する。
またＬＤモジュール５のマニホールド５０２中には、冷却水の流路が設けられており、給水板２のＬＤ冷却水流出口２０３からマニホールド中の流路を通じ、ＬＤパッケージ５０１の水冷ヒートシンクへ冷却水が供給される。
そして、ＬＤパッケージ５０１を冷却した冷却水は、マニホールド中の流路を通じ、排水板３のＬＤ冷却水流入口３０３へ排出される。
なお第３図では、集光器モジュールの一側面にのみＬＤモジュール５を固定する方法を示しているが、残る３つの側面に対しても同一の方法にて、ＬＤモジュール５を固定する。
【００１０】
第４図は、第１図乃至第３図において示した集光器モジュール及びＬＤモジュールを使用した、固体レーザ媒質を励起するＬＤ励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。
本実施の形態においては、ロッド型の固体レーザ媒質６として、活性媒質としてＮｄ（ネオジウム）をドープしたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウムガーネット）結晶を使用している。
冷却水をシールするロッド固定具７は、固体レーザ媒質６の両端部を固定している。
給水側板８は、集光器モジュールの一方の端部を支持するとともに、集光器モジュールへ冷却水を供給するために設けられており、その内部には、冷却水を供給する給水用流路８０１、給水側板８側面の給水流路入口には給水用継手８０２が設置されている。
排水側板９は、集光器モジュールのもう一方の端部を支持するとともに、冷却水を排水するために設けられており、その内部には、冷却水を排出するための排水用流路９０１、排水側板９側面の排水流路出口には排水用継手９０２が設置されている。
また点線で示す５０４は同じく点線にて示すＬＤパッケージ５０１中に設けられた冷却水流路を模式的に示したものである。
マニホールド５０２中には、冷却水給水流路５０５、冷却水排水流路５０６が設けられている。
【００１１】
第４図においては、説明のためＬＤ励起固体レーザ装置中の冷却水の流れを矢印にて示している。
給水側板８の給水用継手８０２から供給された冷却水は、給水流路８０１を経て集光器モジュール端部である給水板２にまで到達する。
給水板２に到達した冷却水は、ロッド給水口２０１とＬＤ給水口２０２にそれぞれ分配される。
ロッド給水口２０１へ流入した冷却水は、固体レーザ媒質６外側面とフローチューブ４との隙間を通り、固体レーザ媒質６を冷却しながら集光器モジュールのもう一方の端部である排水板３へ到達し、ロッド排水口３０１より集光器モジュール外部へ排出される。
一方、ＬＤ給水口へ流入した冷却水は、ＬＤ冷却水流出口２０３よりＬＤモジュール５のマニホールド５０２に設けられた冷却水給水流路５０５中に供給される。
冷却水給水流路５０５中の冷却水は、ＬＤパッケージ５０１のヒートシンク中の冷却水流路５０４を経て、冷却水排水流路５０６へ排出される。
ここで、冷却水流路５０４を冷却水が通過する際に、ＬＤパッケージ５０１は効果的に冷却される。
その後、冷却水排水流路５０６へ排出された冷却水は、集光器モジュールの排水板３に設けられた冷却水流入口３０３に流入し、排水板３のＬＤ排水口３０２より集光器モジュール外部へ排出される。
ＬＤモジュール５及び固体レーザ媒質６を冷却し、集光器モジュール外部へ排出された冷却水は、排水側板９の排水用流路９０１を経て、排水用継手９０２より、ＬＤ励起固体レーザ装置外部へ排出される。
【００１２】
なおＬＤモジュール５より発せられた励起光は、集光器ブロック１側面に設けられたスリット状の開口１０２より、集光器ブロック１の貫通穴１０１中へ達するとももに、フローチューブ４、冷却水を介して固体レーザ媒質６を励起する。
励起された固体レーザ媒質６内部には、レーザ準位に対応した反転分布が形成され、固体レーザ媒質６の前後に、全反射鏡と部分反射鏡からなる光共振器を配すことにより、励起された固体レーザ媒質６より、レーザ光を取り出すことができる。
なおＬＤモジュール５より発せられた励起光は、集光器ブロック１の貫通穴１０１中に効果的に閉じ込められるため、その大部分が固体レーザ媒質６によって吸収され、固体レーザ媒質６を効率よく励起することができる。
本実施の形態においては、集光器ブロック１の材料に、拡散反射材であるセラミックを使用しているため、固体レーザ媒質６を均一に励起し、効率よく集光性に優れたレーザ光を発生させることが容易になる。
【００１３】
本実施の形態に示す集光器モジュールにおいては、集光器ブロック１の側面に、集光器ブロックの貫通穴１０１中へ励起光を導入するためのスリット状の開口１０２を設け、かつ集光器ブロック１の両端部に給水板２及び排水板３を配し、給水板２及び排水板３の側面には、ＬＤモジュール５を固定するための手段を設けているので、励起光源であるＬＤモジュール５の発光部を、集光器ブロック１のスリット状の開口１０２に対し簡易かつ精度よく設置し、効率よく励起光を集光器ブロック１の貫通穴１０１中へ導入するとともに、延いては効率よく均一に固体レーザ媒質６を励起し、集光性に優れたレーザ光を安定に発生させることが可能になる。
【００１４】
更に給水板２及び排水板３の前面には、ＬＤ給水口２０２、ＬＤ排水口３０２、給水板２の側面にはＬＤ給水口と通じたＬＤ冷却水流出口２０３、排水板３の側面にはＬＤ排水口３０２と通じるＬＤ冷却水流入口３０３を設けているので、ＬＤ冷却水流出口２０３及びＬＤ冷却水流入口３０３より、ＬＤモジュール５のマニホールド５０２へ、直接冷却水を給排水する構成としているため、簡易な構成のもとでＬＤモジュールに対し、冷却水を給排水することができる。
またＬＤモジュールに対する冷却水の給排水に、特別な配管等を設ける必要がないため、ＬＤ励起固体レーザ装置の部品点数、組立工数が低減し、製造コストの削減を図ることが可能になるとともに、ＬＤモジュール５へ冷却水を供給する配管等が不要になるため、冷却水漏れに対する信頼性の向上も図ることができる。
加えてＬＤモジュールに対する冷却水供給時の水路の圧損が低減するため、冷却水を供給するポンプに対する要求性能が緩和され、冷却水供給装置の小型化、製造コストの削減を図ることができる。
【００１５】
また、集光器モジュールの一方の端部を内部に給水用流路８０１を有する給水側板８、もう一方の端部を内部に排水用流路９０１を有する排水側板９にて支持し、ロッド固定具7を使用して、給水側板８及び排水側板９に対し、固体レーザ媒質６を固定、シールし、ＬＤ励起固体レーザ装置を構成すれば、給水側板８の給水用流路８０１、排水側板９の排水流路９０１を介して、固体レーザ媒質６及びＬＤモジュール５に対する冷却水の給排水を行えば、ＬＤ励起固体レーザ装置に対し外部より供給する冷却系統を、固体レーザ媒質６とＬＤモジュールに分けることなく、１系統にて両者に冷却水を給排水することが可能になるため、該ＬＤ励起固体レーザ装置を用いたレーザシステムの冷却構成を簡易にし、製造コストの低減、信頼性の向上を図ることができる。
【００１６】
なお、固体レーザ媒質６及びＬＤモジュール５に対する冷却水流量は、給水板２、排水板３に設けたロッド給水口２０１及びロッド排水口３０１、ＬＤ給水口２０２及びＬＤ排水口３０２、ＬＤモジュール５のマニホールド５０２中の冷却水給水流路５０５及び排水用流路５０６等、冷却水の給排水に係る流路の断面積により、所望する流量に調整、分配することが可能であることは言うまでもない。
【００１７】
実施の形態２．
第５図は、この発明の実施の形態２におけるＬＤ励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。
本実施の形態における集光器モジュール及びＬＤ励起固体レーザ装置は、第４図にて示した実施の形態１のＬＤ励起固体レーザ装置と同様な構成を有することに加え、給水板２に集光器ブロック給水口２０５、排水板３に集光器ブロック排水口３０６を設け、また集光器ブロック１中には、給水板２の集光器ブロック給水口２０５、及び排水板３の集光器ブロック排水口３０６に合致する位置に、貫通穴からなる集光器冷却水流路１０４を設けている。
本実施の形態においては、給水板２及び排水板３を介し、固体レーザ媒質６、ＬＤモジュール５と同時に、集光器ブロック１に対しても冷却水の給排水を行い、集光器ブロック１の水冷を行っている。
【００１８】
本実施の形態における集光器モジュールにおいては、実施の形態１の集光器モジュールと同様な効果が得られるばかりでなく、集光器ブロック１を水冷することが可能になるため、励起光吸収による集光器ブロック１の発熱を効果的に抑制するとともに、集光器ブロックの熱変形を抑え、常に安定して固体レーザ媒質の励起を行うことができる。
更に、集光器ブロック１の発熱が効果的に抑制されるため、熱変形を抑え、集光器ブロック１の貫通穴１０１内面の反射率低下を防止し、常に高い励起光閉じ込め効果を維持し、固体レーザ媒質６を効率よく励起することが可能になるため、ＬＤ励起固体レーザ装置の信頼性を向上させることができる。
【００１９】
また集光器ブロック１に対する冷却水も、給水板２及び排水板３を介して給排水するため、集光器ブロック１の水冷に対し、配管等を別途設ける必要がなく、水漏れに対する信頼性が向上するとともに、部品点数、組立工数を低減し、製造コストの削減を図ることができる。
【００２０】
実施の形態３．
第６図は、この発明の実施の形態３におけるＬＤ励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。
本実施の形態においては、給水板２が給水側板８を、排水板３が排水側板９を兼ねる構成としている。
その構成に関しては、実施の形態２と同様である。
本実施の形態に示すように、給水板２が給水側板８を、排水板３が排水側板９を兼ねる構成とすれば、前記実施の形態２と同様な効果が得られるばかりでなく、更に部品点数、組立工数の低減が可能となり、製造コストの削減を図ることができる。
加えて、集光器モジュールに対する固体レーザ媒質６の設置精度が向上するとともに、給水板２の給水側板８への固定部、及び排水板３の排水側板９への固定部における水漏れリスクが解消されるため、更にＬＤ励起固体レーザ装置の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
なお上記実施の形態においては、四角柱形状の集光器ブロック１を使用し、集光器ブロック１の４側面にＬＤモジュール５を配し、固体レーザ媒質６を励起する構成を示したが、集光器ブロックの形状、ＬＤモジュールの数はこれに限るものではなく、例えば、８個のＬＤモジュールを使用する場合には、八角柱形状の集光器ブロックを使用し、集光器ブロックの８側面に対し、ＬＤモジュールを設置すれば、上記実施の形態と同様な効果が得られることに加え、固体レーザ媒質を高密度励起し、更に効率よくレーザ光を取り出すことが可能になるとともに、簡易かつコンパクトな構成を維持しながら、効果的に高出力化を図ることができる。
また奇数個のＬＤモジュール及び、奇数角柱形状の集光器ブロックを使用すれば、集光器ブロックを介し、対向して配置されるＬＤモジュールからの照射光を回避し、ＬＤモジュールの信頼性を向上させることができる。
【００２２】
なお上記実施の形態においては、ロッド型のＹＡＧ結晶を固体レーザ媒質として使用する構成を示したが、固体レーザ媒質の種類、形状がこれに限るものではなく、例えばスラブ型の固体レーザ媒質を使用しても、同様な効果が得られることは言うまでもない。
また、上記実施の形態においては、集光器ブロックの中央に円筒状の貫通穴を有する構成を示したが、励起光を効果的に閉じ込めることができれば、形状はこれに限るものではない。
【００２３】
【発明の効果】
組立が容易で、ＬＤモジュールへ冷却水を供給するための配管が不要となる集光器モジュールならびに該集光器モジュールを用いたＬＤ励起固体レーザ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における集光器モジュールを示す斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１における集光器ブロックの詳細構造を示す斜視図である。
【図３】 この発明の実施の形態１における集光器モジュールに対し、
励起光源であるＬＤモジュールを固定する方法を示す斜視図である。
【図４】 この発明の実施の形態１における集光器モジュール及びＬＤモジュールを使用した、ＬＤ励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。
【図５】 この発明の実施の形態２におけるＬＤ励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。
【図６】 この発明の実施の形態３におけるＬＤ励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。この発明によるユニット装置、及び設定装置を使用したユニット情報設定システムを示す全体構成図である。
【符号の説明】
１ 集光器ブロック
２ 給水板
３ 排水板
４ フローチューブ
５ 励起光源モジュール
６ レーザ媒質
７ 固体レーザ媒質固定具
８，９ 側板
１０１ 貫通穴
１０２ 開口
２０３ 励起光源モジュール側冷却水流出口
３０３ 励起光源モジュール側冷却水流入口
５０５，５０６ 励起光源冷却用冷却水路
５０７ 固定手段
８０２ 給水継手
９０２ 排水継手
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザダイオード（以下、ＬＤと称す）を励起光源として使用するＬＤ励起固体レーザ装置、並びに該装置に使用する集光器モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＬＤ励起固体レーザ装置においては、励起光を固体レーザ媒質近傍へ閉じ込めるための集光器、並びに固体レーザ媒質を水冷するためのフローチューブを、励起部を支持する側板に直接固定していた。
また、ＬＤと固体レーザ媒質の冷却系統は独立しており、固体レーザ媒質の冷却水のみ、側板を介して給排水していた（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２７７８３７号公報（図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＬＤ励起固体レーザ装置においては、励起光を固体レーザ媒質近傍へ閉じ込めるための集光器、並びに固体レーザ媒質を水冷するためのフローチューブを、励起部を支持する側板に直接固定する構造となっていたため、精度よく、かつ簡易に、励起部を組み立てることが難しいという問題点があった。
また、励起光源であるＬＤと、固体レーザ媒質を冷却する冷却水の配管系統が独立しており、固体レーザ媒質に対する冷却水は、励起部を支持する側板を介して給排水するのに対し、ＬＤに対する冷却には別個に配管を設け、冷却水を給排水する必要がある。このため、従来のＬＤ励起固体レーザ装置は、複数の冷却系統に応じた配管部品が必要になり、部品点数及び組立工数が増加するという問題点があった。
また冷却水を供給するための配管部が水漏れの原因となり、ＬＤ励起固体レーザ装置の信頼性低下の原因になるという問題点があった。
【０００５】
本発明では、かかる問題点を解決するためになされたもので、組立が容易で、ＬＤモジュールへ冷却水を供給するための配管が不要となる集光器モジュールならびに該集光器モジュールを用いたＬＤ励起固体レーザ装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、レーザ媒質を格納する貫通穴を有し、この貫通穴へ励起光を導入するための開口が設けられた集光器ブロックと、この集光器ブロックの端部に固定され、上記レーザ媒質に冷却水を導く冷却水路および側面に設けられた流出入口に冷却水を導く冷却水路が形成された端板と、この端板により固定及びシールされ、上記レーザ媒質に対する冷却水路を形成するフローチューブと、励起光を発生する励起光源を有し、上記端板の側面に配置され、上記端板の側面に設けられた前記流出入口と連通し励起光源を冷却する冷却水路が形成された励起光源モジュールと、を備えた。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
第１図は、この発明の実施の形態１における集光器モジュールを示す斜視図である。
第１図において、四角柱形状を有する集光器ブロック１は、セラミックからなる拡散反射材にて構成されている。そして、集光器ブロック１の４つの側面には、スリット状の開口１０２が設けられている。
集光器ブロック１の一方の端部に固定された給水板２には、正面中央部分にロッド給水口２０１及びＬＤ給水口２０２が、側面にＬＤ冷却水流出口２０３が設けられ、給水板２内部において、ＬＤ給水口２０２とＬＤ冷却水流出口２０３が通ずるよう流路が形成されている。
また、給水板２には、励起光源であるＬＤモジュールを固定するためのＬＤ固定用ネジ穴２０４、集光器ブロック１を給水板２に固定するための集光器固定用穴２０５、給排水側板との結合するための側いた固定用穴２０６が形成されている。
３は集光器ブロック１のもう一方の端部に固定された給水板２と対称な形状及び構造を有する排水板であり、給水板２のロッド給水口２０１に対応するロッド排水口３０１、ＬＤ給水口２０２に対応するＬＤ排水口３０２、排水板３の側面に設けられたＬＤ冷却水流入口３０３、排水板３に設けられたＬＤ固定用ネジ穴３０４、集光器固定用穴３０５が形成されている。
【０００８】
第２図は、第１図において示した集光器モジュールにて使用している集光器ブロック１の詳細構造を示す斜視図である。
第２図において、１０１は集光器ブロック１の中央を貫通する貫通穴で、集光器ブロック１の側面に設けられたスリット状の開口１０２は、貫通穴１０１にまで達するよう形成されている。
１０３は集光器ブロックの一方の端部に設けられた給水板２を固定するための給水板固定用ネジ穴で、集光器ブロック１のもう一方の端部には、排水板３を固定する排水板固定用ネジ穴が設けられ、それぞれ集光器固定用穴２０５、３０５と対応している。
４は集光器ブロック１の貫通穴１０１中に配せられたフローチューブであり、励起光源として使用するＬＤの波長に対し、透明な材料より構成されており、本実施の形態においては、フローチューブ４の材料として石英を使用している。
またフローチューブ４の両端部は、給水板２及び排水板３にて、シール及び固定される。
【０００９】
第３図は、第１図にて示した集光器モジュールに対し、励起光源であるＬＤモジュールを固定する方法を示す斜視図である。
第３図において、励起光源であるＬＤモジュール５は、水冷ヒートシンク上に発光部本体であるＬＤバーを接合したＬＤパッケージ５０１を複数並列（本実施の形態では６台）に固定されている。
ＬＤパッケージ５の水冷ヒートシンクは、マニホールド５０２から冷却水を供給されている。
また、マニホールド５０２には、ＬＤモジュール５を集光器モジュール１に対し固定するためのＬＤ固定用穴５０３が形成され、ＬＤ固定用ボルト５０７を用いて給水板２のＬＤ固定用ネジ穴２０４、排水板３のＬＤ固定用ネジ穴３０４に締結される。
この際、ＬＤモジュール５の発光部と集光器ブロック１のスリット状の開口１０２は対向する位置に設定されており、ＬＤモジュール５より発せられた励起光は、スリット状の開口１０２を通じて、第２図にて示した集光器ブロック１の貫通穴１０１中にまで達する。
またＬＤモジュール５のマニホールド５０２中には、冷却水の流路が設けられており、給水板２のＬＤ冷却水流出口２０３からマニホールド中の流路を通じ、ＬＤパッケージ５０１の水冷ヒートシンクへ冷却水が供給される。
そして、ＬＤパッケージ５０１を冷却した冷却水は、マニホールド中の流路を通じ、排水板３のＬＤ冷却水流入口３０３へ排出される。
なお第３図では、集光器モジュールの一側面にのみＬＤモジュール５を固定する方法を示しているが、残る３つの側面に対しても同一の方法にて、ＬＤモジュール５を固定する。
【００１０】
第４図は、第１図乃至第３図において示した集光器モジュール及びＬＤモジュールを使用した、固体レーザ媒質を励起するＬＤ励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。
本実施の形態においては、ロッド型の固体レーザ媒質６として、活性媒質としてＮｄ（ネオジウム）をドープしたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウムガーネット）結晶を使用している。
冷却水をシールするロッド固定具７は、固体レーザ媒質６の両端部を固定している。
給水側板８は、集光器モジュールの一方の端部を支持するとともに、集光器モジュールへ冷却水を供給するために設けられており、その内部には、冷却水を供給する給水用流路８０１、給水側板８側面の給水流路入口には給水用継手８０２が設置されている。
排水側板９は、集光器モジュールのもう一方の端部を支持するとともに、冷却水を排水するために設けられており、その内部には、冷却水を排出するための排水用流路９０１、排水側板９側面の排水流路出口には排水用継手９０２が設置されている。
また点線で示す５０４は同じく点線にて示すＬＤパッケージ５０１中に設けられた冷却水流路を模式的に示したものである。
マニホールド５０２中には、冷却水給水流路５０５、冷却水排水流路５０６が設けられている。
【００１１】
第４図においては、説明のためＬＤ励起固体レーザ装置中の冷却水の流れを矢印にて示している。
給水側板８の給水用継手８０２から供給された冷却水は、給水流路８０１を経て集光器モジュール端部である給水板２にまで到達する。
給水板２に到達した冷却水は、ロッド給水口２０１とＬＤ給水口２０２にそれぞれ分配される。
ロッド給水口２０１へ流入した冷却水は、固体レーザ媒質６外側面とフローチューブ４との隙間を通り、固体レーザ媒質６を冷却しながら集光器モジュールのもう一方の端部である排水板３へ到達し、ロッド排水口３０１より集光器モジュール外部へ排出される。
一方、ＬＤ給水口へ流入した冷却水は、ＬＤ冷却水流出口２０３よりＬＤモジュール５のマニホールド５０２に設けられた冷却水給水流路５０５中に供給される。
冷却水給水流路５０５中の冷却水は、ＬＤパッケージ５０１のヒートシンク中の冷却水流路５０４を経て、冷却水排水流路５０６へ排出される。
ここで、冷却水流路５０４を冷却水が通過する際に、ＬＤパッケージ５０１は効果的に冷却される。
その後、冷却水排水流路５０６へ排出された冷却水は、集光器モジュールの排水板３に設けられた冷却水流入口３０３に流入し、排水板３のＬＤ排水口３０２より集光器モジュール外部へ排出される。
ＬＤモジュール５及び固体レーザ媒質６を冷却し、集光器モジュール外部へ排出された冷却水は、排水側板９の排水用流路９０１を経て、排水用継手９０２より、ＬＤ励起固体レーザ装置外部へ排出される。
【００１２】
なおＬＤモジュール５より発せられた励起光は、集光器ブロック１側面に設けられたスリット状の開口１０２より、集光器ブロック１の貫通穴１０１中へ達するとももに、フローチューブ４、冷却水を介して固体レーザ媒質６を励起する。
励起された固体レーザ媒質６内部には、レーザ準位に対応した反転分布が形成され、固体レーザ媒質６の前後に、全反射鏡と部分反射鏡からなる光共振器を配すことにより、励起された固体レーザ媒質６より、レーザ光を取り出すことができる。
なおＬＤモジュール５より発せられた励起光は、集光器ブロック１の貫通穴１０１中に効果的に閉じ込められるため、その大部分が固体レーザ媒質６によって吸収され、固体レーザ媒質６を効率よく励起することができる。
本実施の形態においては、集光器ブロック１の材料に、拡散反射材であるセラミックを使用しているため、固体レーザ媒質６を均一に励起し、効率よく集光性に優れたレーザ光を発生させることが容易になる。
【００１３】
本実施の形態に示す集光器モジュールにおいては、集光器ブロック１の側面に、集光器ブロックの貫通穴１０１中へ励起光を導入するためのスリット状の開口１０２を設け、かつ集光器ブロック１の両端部に給水板２及び排水板３を配し、給水板２及び排水板３の側面には、ＬＤモジュール５を固定するための手段を設けているので、励起光源であるＬＤモジュール５の発光部を、集光器ブロック１のスリット状の開口１０２に対し簡易かつ精度よく設置し、効率よく励起光を集光器ブロック１の貫通穴１０１中へ導入するとともに、延いては効率よく均一に固体レーザ媒質６を励起し、集光性に優れたレーザ光を安定に発生させることが可能になる。
【００１４】
更に給水板２及び排水板３の前面には、ＬＤ給水口２０２、ＬＤ排水口３０２、給水板２の側面にはＬＤ給水口と通じたＬＤ冷却水流出口２０３、排水板３の側面にはＬＤ排水口３０２と通じるＬＤ冷却水流入口３０３を設けているので、ＬＤ冷却水流出口２０３及びＬＤ冷却水流入口３０３より、ＬＤモジュール５のマニホールド５０２へ、直接冷却水を給排水する構成としているため、簡易な構成のもとでＬＤモジュールに対し、冷却水を給排水することができる。
またＬＤモジュールに対する冷却水の給排水に、特別な配管等を設ける必要がないため、ＬＤ励起固体レーザ装置の部品点数、組立工数が低減し、製造コストの削減を図ることが可能になるとともに、ＬＤモジュール５へ冷却水を供給する配管等が不要になるため、冷却水漏れに対する信頼性の向上も図ることができる。
加えてＬＤモジュールに対する冷却水供給時の水路の圧損が低減するため、冷却水を供給するポンプに対する要求性能が緩和され、冷却水供給装置の小型化、製造コストの削減を図ることができる。
【００１５】
また、集光器モジュールの一方の端部を内部に給水用流路８０１を有する給水側板８、もう一方の端部を内部に排水用流路９０１を有する排水側板９にて支持し、ロッド固定具7を使用して、給水側板８及び排水側板９に対し、固体レーザ媒質６を固定、シールし、ＬＤ励起固体レーザ装置を構成すれば、給水側板８の給水用流路８０１、排水側板９の排水流路９０１を介して、固体レーザ媒質６及びＬＤモジュール５に対する冷却水の給排水を行えば、ＬＤ励起固体レーザ装置に対し外部より供給する冷却系統を、固体レーザ媒質６とＬＤモジュールに分けることなく、１系統にて両者に冷却水を給排水することが可能になるため、該ＬＤ励起固体レーザ装置を用いたレーザシステムの冷却構成を簡易にし、製造コストの低減、信頼性の向上を図ることができる。
【００１６】
なお、固体レーザ媒質６及びＬＤモジュール５に対する冷却水流量は、給水板２、排水板３に設けたロッド給水口２０１及びロッド排水口３０１、ＬＤ給水口２０２及びＬＤ排水口３０２、ＬＤモジュール５のマニホールド５０２中の冷却水給水流路５０５及び排水用流路５０６等、冷却水の給排水に係る流路の断面積により、所望する流量に調整、分配することが可能であることは言うまでもない。
【００１７】
実施の形態２．
第５図は、この発明の実施の形態２におけるＬＤ励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。
本実施の形態における集光器モジュール及びＬＤ励起固体レーザ装置は、第４図にて示した実施の形態１のＬＤ励起固体レーザ装置と同様な構成を有することに加え、給水板２に集光器ブロック給水口２０５、排水板３に集光器ブロック排水口３０６を設け、また集光器ブロック１中には、給水板２の集光器ブロック給水口２０５、及び排水板３の集光器ブロック排水口３０６に合致する位置に、貫通穴からなる集光器冷却水流路１０４を設けている。
本実施の形態においては、給水板２及び排水板３を介し、固体レーザ媒質６、ＬＤモジュール５と同時に、集光器ブロック１に対しても冷却水の給排水を行い、集光器ブロック１の水冷を行っている。
【００１８】
本実施の形態における集光器モジュールにおいては、実施の形態１の集光器モジュールと同様な効果が得られるばかりでなく、集光器ブロック１を水冷することが可能になるため、励起光吸収による集光器ブロック１の発熱を効果的に抑制するとともに、集光器ブロックの熱変形を抑え、常に安定して固体レーザ媒質の励起を行うことができる。
更に、集光器ブロック１の発熱が効果的に抑制されるため、熱変形を抑え、集光器ブロック１の貫通穴１０１内面の反射率低下を防止し、常に高い励起光閉じ込め効果を維持し、固体レーザ媒質６を効率よく励起することが可能になるため、ＬＤ励起固体レーザ装置の信頼性を向上させることができる。
【００１９】
また集光器ブロック１に対する冷却水も、給水板２及び排水板３を介して給排水するため、集光器ブロック１の水冷に対し、配管等を別途設ける必要がなく、水漏れに対する信頼性が向上するとともに、部品点数、組立工数を低減し、製造コストの削減を図ることができる。
【００２０】
実施の形態３．
第６図は、この発明の実施の形態３におけるＬＤ励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。
本実施の形態においては、給水板２が給水側板８を、排水板３が排水側板９を兼ねる構成としている。
その構成に関しては、実施の形態２と同様である。
本実施の形態に示すように、給水板２が給水側板８を、排水板３が排水側板９を兼ねる構成とすれば、前記実施の形態２と同様な効果が得られるばかりでなく、更に部品点数、組立工数の低減が可能となり、製造コストの削減を図ることができる。
加えて、集光器モジュールに対する固体レーザ媒質６の設置精度が向上するとともに、給水板２の給水側板８への固定部、及び排水板３の排水側板９への固定部における水漏れリスクが解消されるため、更にＬＤ励起固体レーザ装置の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
なお上記実施の形態においては、四角柱形状の集光器ブロック１を使用し、集光器ブロック１の４側面にＬＤモジュール５を配し、固体レーザ媒質６を励起する構成を示したが、集光器ブロックの形状、ＬＤモジュールの数はこれに限るものではなく、例えば、８個のＬＤモジュールを使用する場合には、八角柱形状の集光器ブロックを使用し、集光器ブロックの８側面に対し、ＬＤモジュールを設置すれば、上記実施の形態と同様な効果が得られることに加え、固体レーザ媒質を高密度励起し、更に効率よくレーザ光を取り出すことが可能になるとともに、簡易かつコンパクトな構成を維持しながら、効果的に高出力化を図ることができる。
また奇数個のＬＤモジュール及び、奇数角柱形状の集光器ブロックを使用すれば、集光器ブロックを介し、対向して配置されるＬＤモジュールからの照射光を回避し、ＬＤモジュールの信頼性を向上させることができる。
【００２２】
なお上記実施の形態においては、ロッド型のＹＡＧ結晶を固体レーザ媒質として使用する構成を示したが、固体レーザ媒質の種類、形状がこれに限るものではなく、例えばスラブ型の固体レーザ媒質を使用しても、同様な効果が得られることは言うまでもない。
また、上記実施の形態においては、集光器ブロックの中央に円筒状の貫通穴を有する構成を示したが、励起光を効果的に閉じ込めることができれば、形状はこれに限るものではない。
【００２３】
【発明の効果】
組立が容易で、ＬＤモジュールへ冷却水を供給するための配管が不要となる集光器モジュールならびに該集光器モジュールを用いたＬＤ励起固体レーザ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における集光器モジュールを示す斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１における集光器ブロックの詳細構造を示す斜視図である。
【図３】 この発明の実施の形態１における集光器モジュールに対し、
励起光源であるＬＤモジュールを固定する方法を示す斜視図である。
【図４】 この発明の実施の形態１における集光器モジュール及びＬＤモジュールを使用した、ＬＤ励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。
【図５】 この発明の実施の形態２におけるＬＤ励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。
【図６】 この発明の実施の形態３におけるＬＤ励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。この発明によるユニット装置、及び設定装置を使用したユニット情報設定システムを示す全体構成図である。
【符号の説明】
１ 集光器ブロック
２ 給水板
３ 排水板
４ フローチューブ
５ 励起光源モジュール
６ レーザ媒質
７ 固体レーザ媒質固定具
８，９ 側板
１０１ 貫通穴
１０２ 開口
２０３ 励起光源モジュール側冷却水流出口
３０３ 励起光源モジュール側冷却水流入口
５０５，５０６ 励起光源冷却用冷却水路
５０７ 固定手段
８０２ 給水継手
９０２ 排水継手
Claims (7)
- レーザ媒質を格納する貫通穴を有し、この貫通穴へ励起光を導入するための開口が設けられた集光器ブロックと、
この集光器ブロックの端部に固定され、上記レーザ媒質に冷却水を導く冷却水路および側面に設けられた流出入口に冷却水を導く冷却水路が形成された端板と、
この端板により固定及びシールされ、上記レーザ媒質に対する冷却水路を形成するフローチューブと、
励起光を発生する励起光源を有し、上記端板の側面に配置され、上記端板の側面に設けられた前記流出入口と連通し励起光源を冷却する冷却水路が形成された励起光源モジュールと、
を備えたレーザ発振器。 - 励起光源モジュールは、固定手段を介して端板に固定されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振器。
- 前記レーザ媒質への冷却水の供給は、端板前面からフローチューブ内に供給され、励起光源モジュールへの冷却水の供給は、端板前面から端板側面にバイパスされ供給されることを特徴とする請求項２に記載のレーザ発振器。
- 端板に集光器ブロック内部に流す冷却水供給口を設け、端板からの冷却水で上記集光器ブロックを冷却することを特徴とする請求項１乃至３に記載のレーザ発振器。
- 固体レーザ媒質を格納する貫通穴を有し、この貫通穴へ励起光を導入するための開口が設けられた集光器ブロックと、
この集光器ブロックの一端に固定され、上記レーザ媒質に冷却水を導く冷却水路および側面に設けられた流出口に冷却水を導く冷却水路が形成された給水板と、
上記集光器ブロックの他端に固定され、上記レーザ媒質を冷却した冷却水を排水する排水路および側面に設けられた流入口に流入する冷却水を排水する排水路が形成された排水板と、
この給水板及び排水板により固定及びシールされ、上記固体レーザ媒質に対する冷却水路を形成するフローチューブと、
励起光を発生する励起光源を有し、上記給水板および排水板の側面に配置され、上記給水板及び排水板の側面に設けられた前記流出口及び流入口と連通し励起光源を冷却する冷却水路が形成された励起光源モジュールと、
上記集光器ブロックの端部を固定すると共に、冷却水の給水継手、及び排水継手がそれぞれ設けられた側板と、
上記固体レーザ媒質の両端部を固定すると共に供給、排出される冷却水の流路を上記側板とで囲まれた空間でシールする固体レーザ媒質固定具と、
を備えたレーザ発振器。 - 側板と、給水板或いは排水板とを一体成形したことを特徴とする請求の範囲５に記載のレーザ発振器。
- 集光器ブロックを拡散反射材であるセラミックを使用することを特徴とする請求項１乃至６に記載のレーザ発振器。
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