JP4262525B2 - Optical crystal holder, solid-state laser device, and optical crystal fixing method - Google Patents

Optical crystal holder, solid-state laser device, and optical crystal fixing method Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体レーザ結晶や非線形光学材料などの光学結晶を保持する光学結晶ホルダやこれを利用する固体レーザ装置、および光学結晶を保持した状態で固定する固定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、レーザ加工装置などのレーザ応用機器においては、固体レーザ結晶や非線形光学材料等の光学結晶を利用した光増幅や波長変換が行われている。例えば固体レーザ媒質を用いたレーザ加工装置や、非線形光学結晶を用いて波長変換を行う波長変換装置等が利用されている。これら光学結晶は、一般に両端面でレーザ光を通過させ、光増幅や波長変換を行い、側面をヒートシンク等に接触させて放熱、冷却し、光学結晶で発生する熱を除去する。これらの光学結晶においては温度管理が重要であり、放熱・加熱によって所定の温度に維持する必要がある。例えばレーザ加工装置においては、励起光を固体レーザ結晶に照射して共振させる共振器で激しい発熱を伴うため、これを効果的に冷却する機構が必要となる。特に高精度な加工を行うためには、レーザ光の出力を一定に制御する必要があり、そのためには固体レーザ媒質の温度が一定となるよう管理する必要がある。固体レーザ媒質を固定する方法としては、例えば特許文献1や特許文献2、特許文献3に示す構造が知られている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−22244号公報
【特許文献2】
特開平5−190940号公報
【特許文献2】
特開平9−293919号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
光学結晶の冷却を効果的に行うためには、光学結晶の側面をヒートシンクなどの放熱部と接触熱抵抗の少ない状態で接触させて保持するように固定する必要がある。一般に光学結晶を熱伝導状態でヒートシンクと固定する方法としては、光学結晶とヒートシンクとの接触熱抵抗を減らすために銀ペーストなどの接着剤を用いる方法、インジウムのような低融点はんだを用いて光学結晶とヒートシンクをはんだ接合する方法、インジウム等の熱伝導シートを緩衝材としてヒートシンクと光学結晶との間に挿入し、両者に圧力をかけて接触熱抵抗が小さくなるように圧接する方法等がある。
【0005】
しかしながら、銀ペーストなどの接着剤を用いる方法では、接着剤の揮発性が問題になる。特に光学結晶の両端面は一般にコーティングが施されており、揮発性の物質が付着することで著しく光学的な特性を悪化させ、装置の性能を損なうことになる。また、組み立て工程では接着剤の量の管理や乾燥工程が必要になり、乾燥後も光学結晶によって発生した熱のために凝固した接着剤がストレス(応力)を受け、光学結晶の位置ずれなどの問題も発生させる。接着層の厚みによって光学結晶の冷却状態が変わり、光学的な性能にも影響を及ぼすことになるといった問題があった。
【0006】
また、低融点はんだを用いて光学結晶とヒートシンクをはんだ接合する方法では、はんだ接合をさせるために一度高温状態に光学結晶を置く必要性があるため、工程が複雑であることと、あらかじめ光学結晶の表面にAu等の金属蒸着を施す必要があるため高コストになる。また、光学結晶が破損した場合の交換も不可能であることからヒートシンクと一体として扱わねばならないという欠点を有している。さらに、広い面に渡って接合するため、均一にはんだ接合をするためには素子やヒートシンクの機械精度を管理する必要があり、接合時に加える圧力も管理する必要があるといった問題があった。
【0007】
さらに、熱伝導シートを緩衝材として圧接する方法では、光学結晶にかけるストレスが問題となる。一般にヒートシンクは精度良く大量生産することが可能であるが、これに対して光学結晶の寸法精度は通常±100μm程度のばらつきがある。仮にこのばらつきを±50μm程度に抑えようとすれば歩留まりが悪くなるなどコスト高となる。一方でばらつきにより厚みの異なる光学結晶を各々均一な圧力でヒートシンクに接触させることは極めて困難である。例えば図1のように2個のヒートシンク77A、77Bで光学結晶80を光軸と垂直な側面、図において上下面から熱伝導シート81を介して狭着するようにネジ78を締結する方法では、ネジ78のトルク管理が難しく、締め付け状態によって光学結晶80がヒートシンク77A、77Bと接触する状態が不均一になる。接触状態が不均一では、接触熱抵抗が大きくなって冷却状態が制御できないのみならず、場合によっては光学結晶80に過度のストレスを掛け、破損を引き起こすおそれもある。また、2個のヒートシンクが熱的に分離されることも問題となる。
【0008】
これを防ぐために、図2のように2個のヒートシンク79A、79Bを接触させることも考えられるが、上記と同様に光学結晶80の厚みのばらつきがあるため、光学結晶80とヒートシンク79A、79Bとの接触面を均一にすることができない。特にヒートシンクの加工精度に対して光学結晶の加工精度が著しく悪いために、2個のヒートシンクを熱的に接触させるためには光学結晶に相当のストレスを与えることになる。
【0009】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、光学結晶を均一な押圧力で保持した状態に固定できる光学結晶ホルダ、固体レーザ装置、及び光学結晶の固定方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に記載される光学結晶ホルダは、略直方体状の光学結晶80の長手方向の側面を構成する上下面及び左右面の4面を所定の押圧力に保持した状態で固定する光学結晶ホルダであって光学結晶80の上下面の一方及び左右面の一方を押圧するために、略直角に交差する2面から構成される第1の押圧面を備える第1の押圧板83光学結晶80の上下面の他方及び左右面の他方を押圧するために、略直角に交差する2面構成される第2の押圧面を備える第2の押圧板84前記第1の押圧板83との間で前記第2の押圧板84を狭着して保持する保持板85とを備え、前記第1の押圧板83と前記第2の押圧板84とが、前記第1の押圧面および前記第2の押圧面で狭持する第1の方向、および前記第1の押圧面および前記第2の押圧面で狭持する方向であって、前記第1の方向と直交する第2の方向から、光学結晶80を押圧する圧力を所定値に設定するための押圧具として、複数の仮止めネジ88を連結可能に構成してなり、前記第1の押圧板83と前記第2の押圧板84とが、前記上下面方向及び左右面方向に前記仮止めネジ88を挿通するための複数のネジ孔をそれぞれ設けてなり、前記第1の押圧面と前記第2の押圧面とで構成される押圧空間において光学結晶80の面を所定の圧力に押圧する状態で、前記第1の押圧板83と前記保持板85で前記第2の押圧板84を狭持して、前記第1の押圧面と前記第2の押圧面を固定し、この状態で第1の押圧板83と保持板85を、前記第1の方向および第2の方向と直交する第3の方向から固定する固定具86として固定ネジを備えることを特徴とする。
【0011】
また、請求項2の光学結晶ホルダは、請求項1に記載の光学結晶ホルダであって、前記第1の押圧面と前記第2の押圧面が、光学結晶80との間で熱伝導性を備える緩衝材を狭持することを特徴とする。
【0012】
【0013】
【0014】
さらに請求項の光学結晶ホルダは、請求項1又は2に記載の光学結晶ホルダであって、前記仮止めネジ88が、それぞれスプリング89を挿通して前記第1の押圧板83と前記第2の押圧板84とを所定の圧力で押圧状態に保持してなることを特徴とする。
【0015】
さらにまた、請求項の光学結晶ホルダは、請求項1からのいずれかに記載の光学結晶ホルダであって、前記固定具86が、前記第1の押圧板83と前記保持板85とをネジ止めする複数の固定ネジであることを特徴とする。
【0016】
【0017】
さらにまた、請求項の光学結晶ホルダは、請求項1から4のいずれか一に記載の光学結晶ホルダであって、前記交差する2面の内の一方の面が延長されて、前記第1の押圧板83と前記第2の押圧板84とが直接接合する接合面91を構成してなることを特徴とする。
【0018】
さらにまた、請求項の光学結晶ホルダは、請求項に記載の光学結晶ホルダであって、前記接合面91と略直交し、前記第1の押圧板83と前記第2の押圧板84とが直接接合する第2の接合面91Bを設けてなることを特徴とする。
【0019】
また、請求項の固体レーザ装置は、固体レーザ結晶励起して励起光を放出させる固体レーザ装置であって、略直方体状の固体レーザ結晶の長手方向の側面を構成する上下面及び左右面の4面の内、上下面の一方及び左右面の一方を押圧するために、略直角に交差する2面から構成される第1の押圧面を備える第1の押圧板83と、前記固体レーザ結晶の上下面の他方及び左右面の他方を押圧するために、略直角に交差する2面から構成される第2の押圧面を備える第2の押圧板84前記第1の押圧板83との間で前記第2の押圧板84を狭着して保持する保持板85とを備え、前記第1の押圧板83と前記第2の押圧板84とが、前記第1の押圧面および前記第2の押圧面で狭持する第1の方向、および前記第1の押圧面および前記第2の押圧面で狭持する方向であって、前記第1の方向と直交する第2の方向から、前記固体レーザ結晶を押圧する圧力を所定値に設定するための押圧具として、複数の仮止めネジ88を連結可能に構成してなり、前記第1の押圧板83と前記第2の押圧板84とが、前記上下面方向及び左右面方向に前記仮止めネジ88を挿通するための複数のネジ孔をそれぞれ設けてなり、前記第1の押圧面と前記第2の押圧面とで構成される押圧空間において固体レーザ結晶の少なくとも2面を所定の圧力に押圧する状態で、前記第1の押圧板83と前記保持板85で前記第2の押圧板84を狭持して、前記第1の押圧面と前記第2の押圧面を固定し、この状態で第1の押圧板83と保持板85を、前記第1の方向および第2の方向と直交する第3の方向から固定する固定具86として固定ネジとを備え、固体レーザ結晶を所定の押圧力に保持した状態で固定することを特徴とする。
【0020】
さらに、請求項の光学結晶の固定方法は、略直方体状の光学結晶80の長手方向の側面を構成する上下面及び左右面の4面の内、上下面の一方及び左右面の一方を押圧するために、略直角に交差する2面から構成される第1の押圧面を備える第1の押圧板83光学結晶80の上下面の他方及び左右面の他方を押圧するために、略直角に交差する2面から構成される第2の押圧面を備える第2の押圧板84前記第1の押圧板83との間で前記第2の押圧板84を狭着して保持する保持板85とを備える光学結晶ホルダに、光学結晶80を固定する光学結晶の固定方法であって、光学結晶80を前記第1の押圧面および前記第2の押圧面で、熱伝導性を備える緩衝材を介して狭持する工程と、前記第1の押圧面および前記第2の押圧面で狭持する第1の方向、および前記第1の押圧面および前記第2の押圧面で狭持する方向であって、前記第1の方向と直交する第2の方向から、それぞれ押圧具にて所定の圧力で光学結晶80を押圧した状態に前記第1の押圧板83と前記第2の押圧板84を保持する工程と、前記第1の方向および第2の方向と直交する第3の方向から、前記第1の押圧板83及び前記保持板85とを固定具86で固定する工程と、前記押圧具による前記第1の押圧板83と前記第2の押圧板84との押圧状態を解除する工程と、を備えることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための光学結晶ホルダ、固体レーザ装置、及び光学結晶の固定方法を例示するものであって、本発明は光学結晶ホルダ、固体レーザ装置、及び光学結晶の固定方法を以下のものに特定しない。
【0022】
さらに、本明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【0023】
[光学結晶80]
本明細書において光学結晶80とは、励起されて誘導光を放出する固体レーザ結晶や波長変換を行う非線形光学材料等を指す。以下の例では、光学結晶80としてロッド状のNd:YVOの固体レーザ媒質を用いた。また固体レーザ媒質の励起用半導体レーザの波長は、このNd:YVOの吸収スペクトルの中心波長である809nmに設定した。ただ、この例に限られず他の固体レーザ媒質として、例えば希土類をドープしたYAG、LiSrF、LiCaF、YLF、NAB、KNP、LNP、NYAB、NPP、GGG等も用いることもできる。また、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出力されるレーザ光の波長を任意の波長に変換できる。
【0024】
さらに、固体レーザ媒質を使用せず、言い換えるとレーザ光を発振させる共振器を構成せず、波長変換のみを行う波長変換素子を使用することもできる。この場合は、半導体レーザの出力光に対して波長変換を行う。波長変換素子としては、例えばKTP(KTiPO)、有機非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えばKN(KNbO)、KAP(KAsPO)、BBO、LBOや、バルク型の分極反転素子(LiNbO(Periodically Polled Lithium Niobate :PPLN)、LiTaO等)が利用できる。また、Ho、Er、Tm、Sm、Nd等の希土類をドープしたフッ化物ファイバを用いたアップコンバージョンによるレーザの励起光源用半導体レーザを用いることもできる。このように、本実施の形態は、様々なタイプの光学結晶に利用できる。これら光学結晶は、一般に長手方向における両端面が、研磨、コーティングされており、これらの面を光学的に利用する。一方、光学結晶の側面を冷却面として利用することが多い。
【0025】
[上ヒートシンク84、下ヒートシンク83]
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態に係る光学結晶ホルダ、固体レーザ装置、及び光学結晶の固定方法を説明する。図3は本発明の一実施例に係る光学結晶ホルダの構成を示す。この図に示す光学結晶ホルダ82は、第1の押圧板として下ヒートシンク83と、第2の押圧板として上ヒートシンク84と、保持板85とを備える。下ヒートシンク83と上ヒートシンク84は、それぞれが組み合わさってブロック状となるように、組み合わせ部分が略一致する形状に構成される。また上ヒートシンク84と下ヒートシンク83が組み合わさった状態で、下ヒートシンク83と保持板85で上ヒートシンク84を狭持できるように、これらの保持面92が略平面状に構成される。下ヒートシンク83および保持板85には、光学結晶ホルダ82からのレーザ光や変換光等が出射される光取り出し口が開口される。この光学結晶ホルダ82は、略直方体状の光学結晶80の長手方向の側面を、所定の圧力で押圧する状態で、固定具86により固定する。固定具86は固定ネジが使用でき、下ヒートシンク83と保持板85に設けられた固定ネジ孔を挿通して締結する。
【0026】
[熱伝導シート81]
下ヒートシンク83、上ヒートシンク84は光学結晶80の側面に緩衝材を介して接触される。緩衝材は、熱伝導性を有する熱伝導シート81が利用でき、インジウムなどで構成される。熱伝導シート81を挿入して押圧することで、押圧面から光学結晶80に印加されるストレスが分散され、均一化することができる。図3において、熱伝導シート81はL字状に折曲されており、2枚のL字状熱伝導シート81で光学結晶80を覆うようにして上ヒートシンク84と下ヒートシンク83との間に配置される。また緩衝材は、下ヒートシンク83と保持板85との間に介在させることもできる。
【0027】
このとき、上ヒートシンク84と下ヒートシンク83が光学結晶80を狭持する押圧力は、図3の上方から矢印で示す方向に押圧力を印加する押圧具で調整される。図4に、押圧具で押圧力を調整する状態を示す。図4は、図3のIV−IV面における断面図を示している。上ヒートシンク84と下ヒートシンク83は、それぞれ光学結晶80を押圧する押圧面87を備える。押圧面87は、図4に示すように上ヒートシンク84、下ヒートシンク83のいずれも2面設けられる。それぞれのヒートシンクに構成された押圧面87は、2面を略直交させて断面がL字状となるよう交差させている。これによって、図4に示すように下ヒートシンク83が光学結晶80の下面と左面を、上ヒートシンク84が上面と右面を、それぞれ押圧し、光学結晶80の周囲4面がすべて押圧面87によって押圧される。また、押圧面87の左右では、ヒートシンク同士が接合するための接合面91が構成される。接合面91は、L字状の押圧面87の一方をそのまま延長させる形で構成される。したがって、例えば図5に示すようにヒートシンクの断面自体をL字状に形成することもできる。ただ、図5の例ではヒートシンク同士の接合面91が同一平面のみとなってしまう。よって好ましくは、図4や図6に示すように、ヒートシンクの断面形状は、少なくとも一方のヒートシンクをL字状の交差部にさらに階段状の段差を設けた形状とすることが好ましい。図6は、上ヒートシンク84を図4と同じくL字状に段差を設けたの断面形状とし、下ヒートシンク83を断面L字状とした変形例である。これによって、後述するように接合面を同一平面のみならず、これと直交する第2の接合面91Bも加えて、光学結晶80の押圧面を直交面で調整可能とできる。
【0028】
[仮止め]
各押圧面での押圧力を、接触面で位置ずれすることなく、接触熱抵抗が少ないように押圧すると共に、光学結晶80に過度のストレスを印加して損傷することのないように、押圧具で最適値に調整する。図4に示す押圧具は、弾性体を備える仮止めネジ88である。仮止めネジ88は、スプリング89などの弾性体を通じて上ヒートシンク84と下ヒートシンク83を仮止めする。仮止めとは、上ヒートシンク84と下ヒートシンク83のそれぞれの押圧面で光学結晶80を好ましい圧力で押圧する位置に、上ヒートシンク84と下ヒートシンク83を一時的に維持することを意味する。いいかえると、仮止めの段階では上ヒートシンク84と下ヒートシンク83は最終的な固定状態とされない。また保持板85は仮止めの段階では使用されない。仮止めネジ88は、上ヒートシンク84および下ヒートシンク83に設けられた仮止めネジ孔90にネジ止めされる。仮止めネジ88は、ネジ頭と仮止めネジ孔90を設けたヒートシンク表面との間にスプリング89を挿通しており、これによってネジの進行方向に所定の圧力が加えられ、ネジのトルク管理を容易としている。したがって仮止めネジ88を締結し過ぎて光学結晶80を破損することなく、かつ押圧面で光学結晶80を押圧状態に保持するよう、押圧力を調整することができる。
【0029】
仮止めネジ88は、光学結晶80を貫通しない位置に挿通されるよう、仮止めネジ孔90が上ヒートシンク84および下ヒートシンク83に設けられる。このため仮止めネジ孔90は、光学結晶80の押圧面を除くヒートシンク同士の接合面91に設けられる。仮止めネジ88は、ネジの進行方向での押圧力を調整できるので、光学結晶80の4面の押圧力を調整するには、上下面と左右面の2方向に仮止めネジ88を設ける必要がある。図4の例では、仮止めネジ88は上面に2本、右面に1本の計3本設けられる。上面の仮止めネジ88を調整して、光学結晶80の上下面での押圧力を調整し、側面の仮止めネジ88で左右面での押圧力を調整する。上下面のみならず側面にも仮止めネジ88を挿通するために、図4のヒートシンクはヒートシンク同士の接合面91を水平方向のみならず、垂直方向にも第2の接合面91B設けている。仮止めネジ88を略直交させて固定することで、光学結晶80を図において上下、左右から適切な押圧力で押圧する状態に維持することができる。このようにヒートシンク同士の接合面を直交する関係にある2面(図4の例では接合面91と第2の接合面91B)とすることで、光学結晶80の4面の押圧力を調整することが可能となる。ただ、押圧面を設ける構成や仮止めネジの本数、位置などの条件は、この例に限られず、使用態様や条件に応じて適宜変更できることはいうまでもない。
【0030】
例えば、図5に示す構成では、上下面のみに仮止めネジ88を設けており、光学結晶80を押圧する押圧面の内上下面の圧力のみを最適値に調整できる。この構成は、光学結晶80の4面を均等な押圧力に維持する必要のない、2面のみを最適に狭持する必要のある場合に好適に利用できる。
【0031】
このように、組立工程において上ヒートシンク84を下ヒートシンク83および光学結晶80に押圧する力を、仮止めネジ88のスプリング89を利用して常に一定に保たれる。これによって光学結晶80に過度なストレスを印加することがなく、光学結晶80が破損する事態が回避される。同時に、光学結晶80と光学結晶ホルダ82との適切な接触を実現することで接触熱抵抗の少ない、均一な冷却・加熱等の温度制御が得られ、これによって冷却の不均一に起因してレーザ出力が不安定になるといった問題が解消される。さらにスプリング89によって常に一定の圧力が光学結晶80に加わるように制御されるため、作業者は押圧力の微調整などの面倒な作業を行う必要がなく、組み立てや取り外し作業を簡単にでき、製造やメンテナンス面においてもメリットもある。
【0032】
[保持板85]
以上のように、光学結晶80の押圧面が適切な圧力に調整された状態で、図7に示すように保持板85と固定具86を使って、上ヒートシンク84を下ヒートシンク83と保持板85で狭持する状態で固定する。図7は、図4のVII−VII面での断面図を示している。この図に示すように、下ヒートシンク83と保持板85はそれぞれ保持面92を設けており、保持面92で上ヒートシンク84を狭持して固定する。固定具86は固定ネジであり、下ヒートシンク83および保持板85に設けられた固定ネジ孔に締結し、強固に固定する。固定ネジは、光学結晶80の上下で離間して複数ネジ止めされる。
【0033】
ここで、図7中においてAで示す下ヒートシンク83の押圧面を設けた部分の長さ、言い換えると保持面92から表面(保持板85との接触面)までの厚みは、図中Bで示す上ヒートシンク84の厚さよりも若干小さく形成する。例えば上ヒートシンク84の厚さBを数十〜数百μm、下ヒートシンク83の段差部分の厚みAよりも厚く形成する。これによって、下ヒートシンク83と保持板85で上ヒートシンク84を狭持する際、上ヒートシンク84が保持面92で突出するので、突出部分を狭持することによって上ヒートシンク84を固定することができる。
【0034】
以上のようにして、上ヒートシンク84と下ヒートシンク83が、所定の圧力で緩衝材を介して光学結晶80を押圧する状態に保持したまま、下ヒートシンク83と保持板85は固定ネジで固定される。これによって上ヒートシンク84と下ヒートシンク83の位置関係が維持されたまま固定され、その結果押圧面での押圧力が一定に維持される。
【0035】
上ヒートシンク84と下ヒートシンク83が固定されると、最早仮止めの必要はないので、仮止めネジ88は外される。外された仮止めネジ88は、別の光学結晶ホルダ82の固定の際に再利用できる。ただ、仮止めネジ88をそのままにしておくこともできる。
【0036】
図3に示した光学結晶ホルダ82に光学結晶80として固体レーザ結晶をセットして共振器を構成する場合、励起光は結晶の長手方向の端面から照射する端面励起(エンドポンプ)方式を用いている。このため図3の下ヒートシンク83は、固体レーザ結晶の端面から励起光を照射するための窓部が設けられている。
【0037】
さらに、光学結晶ホルダは、図3に示す構成に限られず、図8や図9のような構成も適用できる。図8のように、光学結晶80の側面方向から励起光を照射する窓部を設けることにより、側面励起(サイドポンプ)方式を適用することができる。図8において、熱伝導シート81は一枚のシート状であり、2枚の熱伝導シート81で光学結晶80の上下面を覆うようにして上ヒートシンク84と下ヒートシンク83との間に配置される。また図9は、下ヒートシンク83をユニットに一体成型した構成を示している。
【0038】
[一体型]
図3の光学結晶ホルダ82は、3以上の部材で構成することもできる。また、一部の部材をケースなどに一体成型することもできる。例えば図11に示す発振器ユニット34に光学結晶ホルダを適用する場合、図12に示すように発振器ユニットに下ヒートシンク83を一体成型して、これに上ヒートシンク84と押圧板を組み合わせて光学結晶ホルダを構成することができる。図9は、図12の下ヒートシンクをユニット一体型とした例をより詳細に示した分解斜視図である。この図に示すように、上ヒートシンク84をユニットに一体成型された下ヒートシンク83と保持板85とで、緩衝材として熱伝導シート81を介在させて狭持し固定する。この構成によって、予め下ヒートシンク83を発振器ユニット34に位置決めして固定する必要がなく、かつ下ヒートシンク83と発振器ユニット34との接触熱抵抗の問題が生じず、さらに部品点数も減らせるので組み立ての工数も少なくなるなどの利点がある。もちろん、図12においても下ヒートシンク83を別部材として構成することも可能であることはいうまでもない。
【0039】
[熱伝導]
図10に、上記の構成の光学結晶ホルダにおいて熱が伝導される流れを示す。光学結晶80で発生した熱は、下ヒートシンク83および上ヒートシンク84に伝導されるが、上ヒートシンク84の熱は光学結晶80の長手方向に移動し、一方は下ヒートシンク83に伝えられ、もう一方は保持板85を介して同じく下ヒートシンク83に伝えられる。また、下ヒートシンク83と上ヒートシンク84、下ヒートシンク83と保持板85、上ヒートシンク84と保持板85との間に、それぞれ熱伝導シート81を挿入することで、接触熱抵抗を低減させ、効率よく熱を伝導して光学結晶80の冷却を促進することができる。
【0040】
光学結晶ホルダ82を構成する下ヒートシンク83、上ヒートシンク84、保持板85は、熱伝導性の良いアルミニウムや銅、真鍮などの金属製で構成される。また、光学結晶ホルダ82に熱伝導状態で冷却または/および加熱するための温度制御機構が連結される。温度制御機構は、例えばペルチェ素子のような熱電冷却加熱素子を使って、電気的に熱移動を行い、熱移動された熱量をヒートシンクやファンで放熱する空冷式の放熱部とする。放熱部は光学結晶ホルダ82の温度を一定範囲となるように制御する。空冷式とすることで、水冷式に比べて水冷用の設備を不要とでき、省スペース化と装置構成の簡素化が実現され、また水を消費しないことで省資源化、メンテナンス作業の軽減も図られる。ただ、放熱量が多く空冷式では冷却が不十分な場合等、必要に応じて空冷式に代わって、あるいはこれに加えて水冷式を本発明に適用できることは言うまでもない。
【0041】
[レーザ発振器]
次に、図11および図12の発振器ユニットに放熱部を固定したレーザ発振器の縦断面図を図13に、図13のレーザ発振器を下方から見た分解斜視図を図14に、それぞれ示す。これらの図に示すレーザ発振器33は、発熱源である発振器ユニット34と、放熱体として発振器ユニットヒートシンク40と、発振器ユニット34側で発生した熱量を発振器ユニットヒートシンク40側に熱移動させるペルチェ素子37とを備える。ペルチェ素子37は熱伝導材35を介して、発振器ユニット34と発振器ユニットヒートシンク40との間で狭持される。
【0042】
発振器ユニット34は、固体レーザ媒質38であるNd:YVO結晶と、Qスイッチ39を内蔵する。これらの発熱源を効率よく放熱するために、発振器ユニット34は熱伝導製の良いアルミニウムや銅等の金属でブロック状に形成される。さらに発振器ユニット34は、これを固定するための発振器ベース36とネジ止めして固定される。発振器ユニット34はペルチェ素子37と直接接触させて冷却するために、発振器ベース36に設けられた開口部36aを通じてペルチェ素子37と接触させる冷却面を表出させるように、発振器ユニット34の下面を突出させた形状としている。発振器ユニット34を発振器ベース36に固定した状態で、発振器ベース36の下面から発振器ユニット34の下面が表出する。また発振器ユニット34の突出面にはOリング状の密封材44Aが挿入され、発振器ユニット34の下面と発振器ベース36の上面との間を密封する。
【0043】
さらに発振器ユニット34の突出面には第2の熱伝導材35Bを介してペルチェ素子37の吸熱面が固定され、ペルチェ素子37の放熱面は第1の熱伝導材35Aを介して発振器ユニットヒートシンク40が固定される。発振器ユニットヒートシンク40は、複数の放熱フィンを平行に直立姿勢で設けて表面積を大きくし、放熱性を向上させている。図14の発振器ユニットヒートシンク40は、放熱フィンを固定したヒートシンクベース40Aを断面コ字状に開口したヒートシンクカバー40Bで覆うようにネジで固定する。ヒートシンクカバー40Bの開口部には、送風用のファン41が固定される。ファン41は、いずれかの開口部に一設けることも可能であるが、好ましくは発振器ユニットヒートシンク40の開口部にそれぞれ設け、2つのファン41で空気の吸入側と排出側を強制的に送風することによって空気の流れをよくし効率良く放熱する。発振器ユニットヒートシンク40も熱伝導性の良いアルミニウムや真鍮等の金属で構成され、好ましくは発振器ベース36と同じ材質で構成する。発振器ユニットヒートシンク40はネジ止めにより発振器ベース36に固定される。このとき、発振器ユニットヒートシンク40の熱がネジを伝わって発振器ベース36側に伝達され吸熱エネルギーが漏れないように、ネジ頭と発振器ユニットヒートシンク40の間には断熱用の樹脂ワッシャ45が挿入される。また発振器ベース36と発振器ユニットヒートシンク40の間には、同じくOリング状の密封材44Bが3枚のペルチェ素子37を囲むように配置され、さらに密封材44Bの外側には4つのスペーサ42が配置される。これによって発振器ユニットヒートシンク40と発振器ユニット34でペルチェ素子37が熱伝導材35を介して狭着される。
【0044】
[熱伝導材35]
熱伝導材35は、ペルチェ素子37と発熱源、放熱体との実質的な接触面積を大きくし、熱抵抗を低くする状態で熱的に結合される。熱伝導材35は熱伝導性のあるグリースで構成され、シリコーングリースのような熱抵抗の小さい材質が好ましい。これによってペルチェ素子37と発熱源、放熱体との接触熱抵抗を小さく抑えることができる。また熱伝導材35をペルチェ素子37に塗布することによって、接触面での隙間を無くし厚さ方向の熱伝導を促進して、面全体を均一な温度に維持できる。さらに熱伝導材35は、所定の粘性を備えるゲル状のもの、またはペースト状のものが使用できる。これによってペルチェ素子37に発熱源、放熱体の押圧面から押圧力を伝達すると共に、過度の押圧力が印加されるのが緩和される。高い圧力がペルチェ素子37に加わらないようにするためには、熱伝導材35の粘度を低くする。粘度は、使用されるペルチェ素子37の破壊閾値や、発熱源と放熱体との隙間すなわちスペーサ42の高さ等に応じて選択される。
【0045】
熱伝導材35は、図13に示すように発振器ユニットヒートシンク40上に塗布されてペルチェ素子37の放熱面との間に介在する第1の熱伝導材35Aと、ペルチェ素子37の吸熱面に塗布されて発振器ユニット34との間に介在する第2の熱伝導材35Bがある。このように放熱側と吸熱側とで熱伝導材35を分離することにより、放熱エネルギーと吸熱エネルギーの混在による損失を回避して効率よくペルチェ素子37で熱移動を行わせることができる。ただ、熱伝導材を塗布する工程上の理由で一部放熱側と吸熱側の熱伝導材が混在することを妨げない。
【0046】
[ペルチェ素子37]
ペルチェ素子37は、異種金属または異種半導体の接触面を通電したとき熱が発生または吸収される現象を利用した板状の素子で、吸熱面と放熱面を備える。ペルチェ素子37は可動部が無いので振動を生じず小型軽量である等の利点を備える反面、自己発熱が大きい。そのため、吸熱面を発熱源と接触させる一方、放熱面を放熱体と接触させて放熱している。ペルチェ素子37は、直流電流を流す方向を逆にすることにより、熱の移動方向も逆になるので、放熱面と吸熱面を逆転することが可能である。このためペルチェ素子37は、加熱にも冷却にも利用することが出来、高精度の温度制御に適している。
【0047】
ペルチェ素子には、マスクやスキージ等を使って、所定の厚みの熱伝導材35を塗布する。この状態で、熱伝導材35上にペルチェ素子37を複数配置する。図14の例では、3枚のペルチェ素子37を一直線上に隣接させている。ペルチェ素子37は、吸熱面を上面にして発振器ユニット34側と対向させ、放熱面を下面にして発振器ユニットヒートシンク40に対向させる。ペルチェ素子37同士の間は、熱伝導材35が浸入しないように密着状態に近接させる。さらにペルチェ素子37群の上面、すなわち発振器ユニット34の下面にも、同様にして熱伝導材35が塗布される。好ましくは、図14に示すように発振器ユニット34を上下逆にした状態で、発振器ユニット34の下面に所定厚さの熱伝導材35を塗布する。そして所定厚さの熱伝導材35がそれぞれ塗布された発振器ユニットヒートシンク40および発振器ユニット34でペルチェ素子37を挟み込む。さらに発振器ユニット34、発振器ユニットヒートシンク40との間でペルチェ素子37群の周囲にはスペーサ42を配置し、スペーサ42を挟む状態でネジにて締結する。この方法であればスペーサ42の高さ以上にペルチェ素子37および熱伝導材35が押圧されることがないため、ペルチェ素子37の破壊閾値以上の圧力がかかることがないようにスペーサ42の高さ、熱伝導材35の厚さ及び粘度を調整することで、ペルチェ素子37の破損が防止される。また、この方法ではネジを締結するだけであるので、トルク管理のような微調整が不要で極めて簡単な作業とできる。なおこの例ではネジの締結により発振器ユニット34と発振器ユニットヒートシンク40を固定しているが、固定のための締結具はこれに限られず、クランプやリベット、溶接なども利用できる。
【0048】
また、ペルチェ素子37には通電のためのリード線などのハーネスが接続されており、密封材44Bに形成された切り欠きを介して外部に引き出され、定電流源の電源端子などと接続される。ハーネスを通した密封材44Bの切り欠き部分は、この部分で隙間が生じないように接着剤などで気密にシールされる。なおペルチェ素子の形状は、図示した矩形状の他、冷却・加熱対象に応じて円形やリング状等の形状のものが適宜利用できる。
【0049】
[スペーサ42]
スペーサ42は、ペルチェ素子37の破壊閾値を超える押圧力がかからないように、かつ発振器ユニット34と発振器ユニットヒートシンク40との隙間を一定値とするように設けられる。したがってスペーサ42の高さは、使用するペルチェ素子37の破壊閾値、厚み、ペルチェ素子37の熱抵抗曲線に応じた熱伝導材35の厚み、粘度に基づいて決定される。さらに図13および図14の例では、発振器ユニット34の下面が突出して発振器ベース36の開口を貫通しているため、発振器ベース36の下面から突出する発振器ユニット34の突出分の高さも考慮して決められる。突出分の高さはゲージ等で測定される。これらのパラメータに応じて隙間が決定されると、この隙間に応じたスペーサ42が選択される。このように、使用するペルチェ素子37等に応じてスペーサ42を選別することによって、装置毎に最適なペルチェ素子37の固定が実現される。
【0050】
この例ではスペーサ42はステンレススチール(SUS)製としている。スペーサ42の数は多いほど好ましいが、スペーサ42で熱伝導してペルチェ素子37の熱移動の漏れを防止するために、好ましくはペルチェ素子37群の四隅近傍に4つ配置される。また、スペーサ42を断熱性の材質で構成することが好ましい。例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド(PSS)等の断熱性に優れた樹脂やセラミック等が利用できる。
【0051】
[密封材44]
さらに、図13に示すように発振器ユニット34と発振器ベース36の間、および発振器ベース36と発振器ユニットヒートシンク40との間の空間をそれぞれ密閉するために、密封材44を使用する。密封材44は略矩形状のOリング型に形成され、押圧されると弾性変形して圧縮され、隙間を気密に閉塞する。密封材44Aは発振器ユニット34の突出面の周囲、密封材44Bはペルチェ素子37群とスペーサ42の間に配置されて狭持される。これらの密封材44は、ペルチェ素子37群を外部と遮断する。これによって、ペルチェ素子37近辺の空気の冷却によって空気中の水分が凝縮して結露し、ペルチェ素子37やその他の回路に損傷を及ぼすおそれを回避し、長期にわたって安定した冷却能力が維持されて信頼性の向上と回路の長寿命化が図られる。密封材44にはブチルゴム等の弾性部材が利用される。図14に示すように密封材44Aは密封材44Bよりも小さく、発振器ユニット34の下面と発振器ベース36の上面に狭持されてこれらをネジ止めする際の隙間を閉塞する。密封材44Aに代わって、発振器ユニット34と発振器ベース36をネジ止めした後に隙間をシール材で封止しても良い。また密封材44Bはペルチェ素子37のハーネスを引き出すための切り欠きを下面に形成すると共に、側面には発振器ユニットヒートシンク40と発振器ベース36を固定するネジの側面が当接するような切り欠きを形成している。
【0052】
[吸湿材43]
さらにまた、密封材44により密封された空間内には、図13に示すように吸湿材43が配置される。吸湿材43は、密閉空間の形成時に既に存在する空気中に含まれる水分を除去して、密閉空間内での結露を確実に防止することができる。吸湿材43にはゼオライト等が使用できる。
【0053】
以上のようにして、熱伝導材35の厚さを薄くして熱抵抗を抑え、ペルチェ素子37の冷却能力を効率よく伝達すると共に、スペーサ42によってペルチェ素子37に破壊閾値以上の圧力がかからないように保護し、熱効率と素子保護を両立させている。また複数のペルチェ素子37に厚みのばらつきがあっても、押圧面とペルチェ素子37の間に介在する熱伝導材35が粘性を備えるため、圧縮、変形して各素子を均一な押圧力で保持することができる。しかも、この方法であればスペーサ42を挟んだ状態でネジを締結するのみでペルチェ素子37を固定できるため、作業も簡単となる。従来のように、ネジの締め具合でトルク管理する方法のような極めて面倒な調整作業がなく、単にネジを締結するのみでペルチェ素子37を破壊することなく確実にかつ熱抵抗の少ない最適な状態でペルチェ素子37を固定できる。
【0054】
[固体レーザ装置]
さらに、本発明の実施の形態を利用した固体レーザ装置の構成を図15に示す。図15は固体レーザ装置を構成するブロック図を示しており、この図に示す固体レーザ装置は、レーザ制御部1とレーザ出力部2と入力部3とを備える。固体レーザ装置は、レーザ応用機器一般に利用でき、例えばレーザ発振器や各種のレーザ加工装置、穴あけ、マーキング、トリミング、スクライビング、表面処理などのレーザ加工や、レーザ光源として他のレーザ応用分野、例えばDVDやBlu−ray等の光ディスクの高密度記録再生用光源や通信用の光源、印刷機器、照明用光源、ディスプレイなどの表示装置用の光源、医療機器等において、好適に利用できる。以下の例では、固体レーザ装置の一例としてレーザマーカに適用する例について説明する。また、本明細書において印字とは文字や記号、図形などのマーキングの他、上述した各種の加工も含む概念で使用する。
【0055】
入力部3はレーザ制御部1に接続され、固体レーザ装置を操作するための必要な設定を入力してレーザ制御部1に送信する。レーザ制御部1は、制御部4とメモリ部5とレーザ励起部6と電源7とを備え、入力部3から入力された設定内容をメモリ部5に記録する。制御部4は必要時にメモリから設定内容を読み込み、印字内容に応じた印字信号に基づいてレーザ励起部6を動作させてレーザ出力部2のレーザ媒質8を励起する。さらに制御部4は、設定された印字を行うようレーザ媒質8で発振されたレーザ光をワークW上で走査させるため、レーザ出力部2の走査部9を動作させる走査信号をスキャナ駆動部52に出力する。電源7は、定電圧電源として、レーザ励起部6へ所定電圧を印加する。
【0056】
レーザ出力部2は、レーザ発振部50を備える。レーザ光を発生させるレーザ発振部50は、光学結晶80としてレーザ媒質8と、レーザ媒質8が放出する誘導放出光の光路に沿って所定の距離を隔てて対向配置された出力ミラー及び全反射ミラーと、これらの間に配されたアパーチャ、Qスイッチ等を備える。レーザ媒質8が放出する誘導放出光を、出力ミラーと全反射ミラーとの間での多重反射により増幅し、Qスイッチの動作により短周期にて通断しつつアパーチャによりモード選別して、出力ミラーを経てレーザ光を出力する。このレーザ発振部50は、レーザ媒質8のロッド状の一方の端面からレーザ励起光を入力して励起され、他方の端面からレーザ光を出射する、いわゆるエンドポンピングによる励起方式を採用している。
【0057】
走査部9は、レーザ光を反射させて所望の方向に出力し、ワークWの表面でレーザ光を走査して印字する。走査部9は、一対のX軸スキャナ14a、Y軸スキャナ14bと、これらをそれぞれ回動するガルバノモータ51a、51bとを備えている。ガルバノモータ51a、51bは、スキャナ駆動部52で駆動される。スキャナ駆動部52は、制御部4から与えられる走査信号に基づいて、ガルバノモータ51a、51bを駆動させることにより、ガルバノモータ51a、51bの出力軸に設けられたX軸スキャナ14a、Y軸スキャナ14bの全反射ミラーを回動させて、レーザ媒質8から発振されたレーザ光を偏向・走査する。偏向・走査されたレーザ光は、略偏向方向に設けられたfθレンズ15を介してワークWの表面に照射されてマーキングする。
【0058】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光学結晶ホルダ、固体レーザ装置、及び光学結晶の固定方法は、光学結晶を均一な押圧力で保持した状態に固定でき、光学結晶と光学結晶ホルダとの間で十分な接触状態を確保して冷却・加熱を確実に効率よく行えると共に、押圧面での押圧力が強すぎて光学結晶を破損する事態も回避できるので、光学結晶を安定して使用することができる。それは、本発明の光学結晶ホルダ、固体レーザ装置、及び光学結晶の固定方法が、第1の押圧板と第2の押圧板との押圧面を適切な圧力に保持した状態で、この姿勢で第1の押圧板と保持板で第2の保持板を狭持し固定する方式としているからである。これによって、最適な圧力の得られる位置関係を保ったまま固定され、光学結晶の固定と接触状態の維持、および光学結晶の保護が図られる。またこの方法では固定を容易に行えるので、製造やメンテナンス作業も簡単で、容易且つ確実で効果の高い光学結晶の固定が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の光学結晶を固定する方法を示す断面図である。
【図2】従来の光学結晶を固定する他の方法を示す断面図である。
【図3】本発明の一実施の形態に係る光学結晶ホルダを示す分解斜視図である。
【図4】図3のIV−IV線における光学結晶ホルダの断面を示す断面図である。
【図5】本発明の他の実施の形態に係る光学結晶ホルダを示す断面図である。
【図6】本発明の他の実施の形態に係る光学結晶ホルダを示す断面図である。
【図7】図4のVII−VII線における光学結晶ホルダの断面を示す断面図である。
【図8】本発明の他の実施の形態に係る光学結晶ホルダを示す分解斜視図である。
【図9】本発明の他の実施の形態に係る光学結晶ホルダを示す分解斜視図である。
【図10】図3の光学結晶ホルダにおける熱伝導の流れを示す説明図である。
【図11】光学結晶ホルダの一部を一体成型した発振器ユニットを示す斜視図である。
【図12】図11の発振器ユニットの拡大斜視図である。
【図13】本発明の一実施の形態に係る光学結晶ホルダをレーザ発振器に適用する例を示す縦断面図である。
【図14】図13のレーザ発振器を下方から見た分解斜視図である。
【図15】本発明の一実施の形態に係る固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1・・・レーザ制御部
2・・・レーザ出力部
3・・・入力部
4・・・制御部
5・・・メモリ部
6・・・レーザ励起部
7・・・電源
8・・・レーザ媒質
9・・・走査部
14a、14b・・・X・Yスキャナ
15・・・fθレンズ
33・・・レーザ発振器
34・・・発振器ユニット
35・・・熱伝導材
35A・・・第1の熱伝導材
35B・・・第2の熱伝導材
36・・・発振器ベース
36a・・・開口部
37・・・ペルチェ素子
38・・・固体レーザ媒質
39・・・Qスイッチ
40・・・発振器ユニットヒートシンク
40A・・・ヒートシンクベース
40B・・・ヒートシンクカバー
41・・・ファン
42・・・スペーサ
43・・・吸湿材
44、44A、44B・・・密封材
45・・・樹脂ワッシャ
47a・・・開口部
50・・・レーザ発振部
51、51a、51b・・・ガルバノモータ
52・・・スキャナ駆動部
77A、77B・・・ヒートシンク
78・・・ネジ
79A、79B・・・ヒートシンク
80・・・光学結晶
81・・・熱伝導シート
82・・・光学結晶ホルダ
83・・・下ヒートシンク
84・・・上ヒートシンク
85・・・保持板
86・・・固定具
87・・・押圧面
88・・・仮止めネジ
89・・・スプリング
90・・・仮止めネジ孔
91・・・接合面
91B・・・第2の接合面
92・・・保持面
W・・・ワーク
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical crystal holder for holding an optical crystal such as a solid-state laser crystal or a nonlinear optical material, a solid-state laser device using the optical crystal holder, and a fixing method for fixing the optical crystal in a held state.
[0002]
[Prior art]
Currently, in laser application equipment such as a laser processing apparatus, optical amplification and wavelength conversion are performed using an optical crystal such as a solid-state laser crystal or a nonlinear optical material. For example, a laser processing apparatus using a solid laser medium, a wavelength conversion apparatus that performs wavelength conversion using a nonlinear optical crystal, and the like are used. In general, these optical crystals allow laser light to pass through both end faces, perform optical amplification and wavelength conversion, contact the side faces with a heat sink or the like to radiate and cool, and remove heat generated in the optical crystals. In these optical crystals, temperature management is important, and it is necessary to maintain a predetermined temperature by heat radiation and heating. For example, in a laser processing apparatus, since a resonator that irradiates a solid laser crystal with excitation light and resonates with intense heat generation, a mechanism for effectively cooling this is necessary. In particular, in order to perform highly accurate processing, it is necessary to control the output of the laser beam to be constant, and for that purpose, it is necessary to manage the temperature of the solid-state laser medium to be constant. As a method for fixing the solid-state laser medium, for example, the structures shown in Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3 are known.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2000-22244 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-190940
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-293919
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to effectively cool the optical crystal, it is necessary to fix the side surface of the optical crystal so as to be held in contact with a heat radiating portion such as a heat sink in a state of low contact thermal resistance. In general, the optical crystal is fixed to the heat sink in a thermally conductive state by using an adhesive such as silver paste to reduce the contact thermal resistance between the optical crystal and the heat sink, or by using a low melting point solder such as indium. There are a method of soldering a crystal and a heat sink, a method of inserting a heat conductive sheet of indium or the like between a heat sink and an optical crystal as a buffer material, and applying pressure to both so as to reduce contact thermal resistance. .
[0005]
However, in the method using an adhesive such as silver paste, the volatility of the adhesive becomes a problem. In particular, both end faces of the optical crystal are generally coated, and adhesion of volatile substances significantly deteriorates the optical characteristics and impairs the performance of the apparatus. Also, the assembly process requires the management of the amount of adhesive and the drying process, and the adhesive that has solidified due to the heat generated by the optical crystal even after drying is subjected to stress (stress), resulting in misalignment of the optical crystal, etc. It also causes problems. There is a problem that the cooling state of the optical crystal changes depending on the thickness of the adhesive layer, which also affects the optical performance.
[0006]
Also, in the method of soldering an optical crystal and a heat sink using a low melting point solder, it is necessary to place the optical crystal once in a high temperature state in order to perform soldering. Since it is necessary to deposit metal such as Au on the surface, the cost becomes high. Moreover, since the replacement when the optical crystal is broken is impossible, it has a disadvantage that it must be handled as one piece with the heat sink. Furthermore, since bonding is performed over a wide area, it is necessary to manage the mechanical accuracy of the elements and the heat sink in order to perform uniform solder bonding, and it is also necessary to manage the pressure applied during bonding.
[0007]
Furthermore, in the method of press-contacting using a heat conductive sheet as a buffer material, the stress applied to the optical crystal becomes a problem. In general, heat sinks can be mass-produced with high accuracy, whereas the dimensional accuracy of optical crystals usually varies by about ± 100 μm. If it is attempted to suppress this variation to about ± 50 μm, the yield increases and the cost increases. On the other hand, it is extremely difficult to bring optical crystals of different thicknesses into contact with the heat sink with uniform pressure due to variations. For example, in the method of fastening the screw 78 so that the optical crystal 80 is tightly attached via the heat conductive sheet 81 from the side surface perpendicular to the optical axis, the upper and lower surfaces in the figure with two heat sinks 77A and 77B as shown in FIG. The torque management of the screw 78 is difficult, and the state in which the optical crystal 80 is in contact with the heat sinks 77A and 77B becomes non-uniform depending on the tightening state. If the contact state is not uniform, the contact thermal resistance increases and the cooling state cannot be controlled. In some cases, the optical crystal 80 may be excessively stressed to cause breakage. Another problem is that the two heat sinks are thermally separated.
[0008]
In order to prevent this, two heat sinks 79A and 79B may be brought into contact with each other as shown in FIG. 2, but the optical crystal 80 and the heat sinks 79A and 79B have different thicknesses as described above. The contact surface cannot be made uniform. In particular, since the processing accuracy of the optical crystal is remarkably poor with respect to the processing accuracy of the heat sink, considerable stress is applied to the optical crystal in order to bring the two heat sinks into thermal contact.
[0009]
The present invention has been made to solve such conventional problems. A main object of the present invention is to provide an optical crystal holder, a solid-state laser device, and an optical crystal fixing method capable of fixing the optical crystal in a state of being held with a uniform pressing force.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optical crystal holder according to claim 1 of the present invention comprises: Almost rectangular parallelepiped Optical crystal 80 4 surfaces of upper and lower surfaces and left and right surfaces constituting the side surface in the longitudinal direction Is an optical crystal holder that is fixed in a state where it is held at a predetermined pressing force. , Optical crystal 80 One of the upper and lower surfaces and one of the left and right surfaces Press Therefore, it is composed of two planes that intersect at substantially right angles 1st press board provided with the 1st press surface 83 When , Optical crystal 80 The other of the upper and lower surfaces and the other of the left and right surfaces Press Therefore, two planes intersecting at substantially right angles are configured. Second pressing plate having a second pressing surface 84 When , The first pressing plate 83 Between the second pressing plate 84 Holding plate 85 for tightly holding A first direction in which the first pressing plate 83 and the second pressing plate 84 are sandwiched between the first pressing surface and the second pressing surface, and the first pressing surface. And a plurality of pressing tools for setting the pressure for pressing the optical crystal 80 to a predetermined value from the second direction perpendicular to the first direction, which is a direction sandwiched by the second pressing surface. The first pressing plate 83 and the second pressing plate 84 are inserted into the temporary fixing screw 88 in the vertical and horizontal directions. A plurality of screw holes, In the pressing space constituted by the first pressing surface and the second pressing surface, the optical crystal 80 4 In a state where the surface is pressed to a predetermined pressure, the first pressing plate 83 And the second pressing plate by the holding plate 85 84 And the first pressing surface and the second pressing surface are fixed, and in this state, the first pressing plate 83 And holding plate 85, From a third direction orthogonal to the first direction and the second direction Fixing fixture 86 With fixing screw as It is characterized by that.
[0011]
An optical crystal holder according to claim 2 is the optical crystal holder according to claim 1, wherein the first pressing surface and the second pressing surface have thermal conductivity between the optical crystal 80. It is characterized by holding the buffer material provided.
[0012]
[0013]
[0014]
further , Claim 3 The optical crystal holder of claim 1 or 2 The optical crystal holder according to claim 1, wherein the temporary fixing screws 88 are inserted through springs 89, respectively. 83 And the second pressing plate 84 Is held in a pressed state at a predetermined pressure.
[0015]
Furthermore, the claims 4 The optical crystal holder of claim 1 3 One of one The optical crystal holder according to claim 1, wherein the fixture 86 is the first pressing plate. 83 And a plurality of fixing screws for screwing the holding plate 85 to each other.
[0016]
[0017]
Furthermore, the claims 5 The optical crystal holder of claim Any one of 1 to 4 The optical crystal holder according to claim 1, wherein one of the two intersecting surfaces is extended, and the first pressing plate 83 And the second pressing plate 84 And constitutes a joining surface 91 for direct joining.
[0018]
Furthermore, the claims 6 The optical crystal holder of claim 5 The optical crystal holder according to claim 1, wherein the first pressing plate is substantially orthogonal to the bonding surface 91. 83 And the second pressing plate 84 And a second joint surface 91B for direct joining.
[0019]
Claims 7 Solid state laser device, solid state laser crystal The A solid-state laser device that excites and emits excitation light, Almost rectangular parallelepiped Solid state laser crystal One of the upper and lower surfaces and one of the left and right surfaces among the four surfaces of the upper and lower surfaces and the left and right surfaces constituting the side surface in the longitudinal direction Press Therefore, it is composed of two planes that intersect at substantially right angles 1st press board provided with the 1st press surface 83 When, Above Solid state laser crystal The other of the upper and lower surfaces and the other of the left and right surfaces Press Therefore, it is composed of two planes that intersect at substantially right angles Second pressing plate having a second pressing surface 84 When , The first pressing plate 83 Between the second pressing plate 84 Holding plate 85 for tightly holding A first direction in which the first pressing plate 83 and the second pressing plate 84 are sandwiched between the first pressing surface and the second pressing surface, and the first pressing surface. As a pressing tool for setting the pressure for pressing the solid-state laser crystal to a predetermined value from a second direction perpendicular to the first direction, which is a direction sandwiched by the second pressing surface, A plurality of temporary fixing screws 88 are configured to be connectable, and the first pressing plate 83 and the second pressing plate 84 insert the temporary fixing screws 88 in the vertical and horizontal directions. A plurality of screw holes for each, The first pressing plate in a state where at least two surfaces of the solid laser crystal are pressed to a predetermined pressure in a pressing space constituted by the first pressing surface and the second pressing surface. 83 And the second pressing plate by the holding plate 85 84 And the first pressing surface and the second pressing surface are fixed, and in this state, the first pressing plate 83 And holding plate 85, From a third direction orthogonal to the first direction and the second direction Fixing fixture 86 As fixing screw The solid-state laser crystal is fixed while being held at a predetermined pressing force.
[0020]
And claims 8 The optical crystal fixing method of Almost rectangular parallelepiped Optical crystal 80 One of the upper and lower surfaces and one of the left and right surfaces among the four surfaces of the upper and lower surfaces and the left and right surfaces constituting the side surface in the longitudinal direction Press Therefore, it is composed of two planes that intersect at substantially right angles 1st press board provided with the 1st press surface 83 When , Optical crystal 80 The other of the upper and lower surfaces and the other of the left and right surfaces Press Therefore, it is composed of two planes that intersect at substantially right angles Second pressing plate having a second pressing surface 84 When , The first pressing plate 83 Between the second pressing plate 84 An optical crystal fixing method for fixing the optical crystal 80 to an optical crystal holder comprising a holding plate 85 for tightly holding the optical crystal 80, wherein the optical crystal 80 is fixed to the first pressing surface and the second pressing surface. The first pressing surface and the second pressing surface, the first pressing surface and the first pressing surface, and the first pressing surface and the first pressing surface. From the second direction perpendicular to the first direction. Pressing tool At a given pressure Optical crystal 80 The first pressing plate in a pressed state 83 And the second pressing plate 84 The first pressing plate from the step of holding and the third direction orthogonal to the first direction and the second direction. 83 And fixing the holding plate 85 with a fixture 86; Pressing tool Said first pressing plate by 83 And the second pressing plate 84 And a step of releasing the pressed state.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies an optical crystal holder, a solid-state laser device, and an optical crystal fixing method for embodying the technical idea of the present invention. The solid laser device and the fixing method of the optical crystal are not specified as follows.
[0022]
Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the claims, the numbers corresponding to the members shown in the embodiments are referred to as “claim column” and “means for solving the problems”. It is added to the members shown in the column. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same name and symbol indicate the same or the same members, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
[0023]
[Optical crystal 80]
In this specification, the optical crystal 80 refers to a solid-state laser crystal that emits induced light when excited, a nonlinear optical material that performs wavelength conversion, and the like. In the following example, rod-shaped Nd: YVO is used as the optical crystal 80. 4 The solid laser medium was used. The wavelength of the semiconductor laser for exciting the solid laser medium is Nd: YVO. 4 The center wavelength of the absorption spectrum of 809 nm was set to 809 nm. However, the present invention is not limited to this example, and other solid-state laser media such as rare earth doped YAG, LiSrF, LiCaF, YLF, NAB, KNP, LNP, NYAB, NPP, GGG, etc. can also be used. Further, the wavelength conversion element can be converted into an arbitrary wavelength by combining a wavelength conversion element with a solid laser medium.
[0024]
Furthermore, it is also possible to use a wavelength conversion element that does not use a solid laser medium, in other words, does not constitute a resonator that oscillates laser light, and performs only wavelength conversion. In this case, wavelength conversion is performed on the output light of the semiconductor laser. As the wavelength conversion element, for example, KTP (KTiPO 4 ), Organic nonlinear optical materials and other inorganic nonlinear optical materials such as KN (KNbO) 3 ), KAP (KAsPO 4 ), BBO, LBO, and bulk type polarization inversion elements (LiNbO) 3 (Periodically Polled Lithium Niobate: PPLN), LiTaO 3 Etc.) are available. Further, a semiconductor laser for an excitation light source of a laser by up-conversion using a fluoride fiber doped with rare earth such as Ho, Er, Tm, Sm, and Nd can be used. Thus, the present embodiment can be used for various types of optical crystals. These optical crystals are generally polished and coated at both end surfaces in the longitudinal direction, and these surfaces are used optically. On the other hand, the side surface of the optical crystal is often used as a cooling surface.
[0025]
[Upper heat sink 84, Lower heat sink 83]
Hereinafter, an optical crystal holder, a solid-state laser device, and an optical crystal fixing method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 shows a configuration of an optical crystal holder according to an embodiment of the present invention. The optical crystal holder 82 shown in this figure includes a lower heat sink 83 as a first pressing plate, an upper heat sink 84 as a second pressing plate, and a holding plate 85. The lower heat sink 83 and the upper heat sink 84 are configured to have a shape in which the combined portions substantially match so that they are combined into a block shape. In addition, the holding surfaces 92 are formed in a substantially flat shape so that the upper heat sink 84 and the holding plate 85 can be held between the upper heat sink 84 and the lower heat sink 83 in a combined state. The lower heat sink 83 and the holding plate 85 are provided with light extraction openings through which laser light, converted light, etc. from the optical crystal holder 82 are emitted. The optical crystal holder 82 is fixed by a fixture 86 in a state where the side surface in the longitudinal direction of the substantially rectangular parallelepiped optical crystal 80 is pressed with a predetermined pressure. A fixing screw can be used as the fixture 86, and the fixing tool 86 is fastened by being inserted through a fixing screw hole provided in the lower heat sink 83 and the holding plate 85.
[0026]
[Heat conduction sheet 81]
The lower heat sink 83 and the upper heat sink 84 are in contact with the side surface of the optical crystal 80 via a buffer material. As the buffer material, a heat conductive sheet 81 having heat conductivity can be used, and it is composed of indium or the like. By inserting and pressing the heat conductive sheet 81, the stress applied to the optical crystal 80 from the pressing surface is dispersed and can be made uniform. In FIG. 3, the heat conductive sheet 81 is bent in an L shape, and is arranged between the upper heat sink 84 and the lower heat sink 83 so as to cover the optical crystal 80 with two L-shaped heat conductive sheets 81. Is done. Further, the buffer material can be interposed between the lower heat sink 83 and the holding plate 85.
[0027]
At this time, the pressing force with which the upper heat sink 84 and the lower heat sink 83 hold the optical crystal 80 is adjusted by a pressing tool that applies the pressing force in the direction indicated by the arrow from above in FIG. FIG. 4 shows a state in which the pressing force is adjusted with the pressing tool. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the IV-IV plane in FIG. The upper heat sink 84 and the lower heat sink 83 each include a pressing surface 87 that presses the optical crystal 80. As shown in FIG. 4, two pressing surfaces 87 are provided for both the upper heat sink 84 and the lower heat sink 83. The pressing surfaces 87 configured in the respective heat sinks intersect each other so that the two surfaces are substantially orthogonal and the cross section is L-shaped. As a result, as shown in FIG. 4, the lower heat sink 83 presses the lower surface and the left surface of the optical crystal 80, the upper heat sink 84 presses the upper surface and the right surface, and the four surrounding surfaces of the optical crystal 80 are all pressed by the pressing surface 87. The In addition, on the left and right sides of the pressing surface 87, a joining surface 91 for joining the heat sinks is configured. The joining surface 91 is configured to extend one of the L-shaped pressing surfaces 87 as it is. Therefore, for example, as shown in FIG. 5, the cross section of the heat sink itself can be formed in an L shape. However, in the example of FIG. 5, the joining surface 91 between the heat sinks is only on the same plane. Therefore, preferably, as shown in FIGS. 4 and 6, the cross-sectional shape of the heat sink is preferably a shape in which at least one of the heat sinks is further provided with a stepped step at an L-shaped intersection. FIG. 6 shows a modification in which the upper heat sink 84 has the same L-shaped cross section as in FIG. 4 and the lower heat sink 83 has an L-shaped cross section. Thus, as will be described later, the pressing surface of the optical crystal 80 can be adjusted by the orthogonal plane in addition to the second bonding surface 91B orthogonal to the bonding plane as well as the same plane.
[0028]
[Temporary fixing]
The pressing tool is used to press the pressing force on each pressing surface so that the contact thermal resistance is small without being displaced on the contact surface, and the optical crystal 80 is not excessively stressed and damaged. Use to adjust to the optimum value. The pressing tool shown in FIG. 4 is a temporary set screw 88 provided with an elastic body. The temporary fixing screw 88 temporarily fixes the upper heat sink 84 and the lower heat sink 83 through an elastic body such as a spring 89. Temporary fixing means that the upper heat sink 84 and the lower heat sink 83 are temporarily maintained at positions where the optical crystal 80 is pressed with a preferable pressure on the respective pressing surfaces of the upper heat sink 84 and the lower heat sink 83. In other words, the upper heat sink 84 and the lower heat sink 83 are not finally fixed in the temporary fixing stage. The holding plate 85 is not used at the temporary fixing stage. The temporary fixing screw 88 is screwed into a temporary fixing screw hole 90 provided in the upper heat sink 84 and the lower heat sink 83. The temporary fixing screw 88 has a spring 89 inserted between the screw head and the surface of the heat sink provided with the temporary fixing screw hole 90, whereby a predetermined pressure is applied in the direction of the screw movement, thereby managing the torque of the screw. It is easy. Therefore, the pressing force can be adjusted so as not to damage the optical crystal 80 by tightening the temporary fixing screw 88 and to hold the optical crystal 80 in the pressed state on the pressing surface.
[0029]
The temporary fixing screw 88 is provided in the upper heat sink 84 and the lower heat sink 83 so that the temporary fixing screw 88 is inserted in a position not penetrating the optical crystal 80. For this reason, the temporary fixing screw hole 90 is provided on the bonding surface 91 of the heat sinks excluding the pressing surface of the optical crystal 80. Since the temporary fixing screw 88 can adjust the pressing force in the screw traveling direction, in order to adjust the pressing force of the four surfaces of the optical crystal 80, it is necessary to provide the temporary fixing screws 88 in the two directions of the upper and lower surfaces and the left and right surfaces. There is. In the example of FIG. 4, a total of three temporary fixing screws 88 are provided, two on the upper surface and one on the right surface. The pressing force on the upper and lower surfaces of the optical crystal 80 is adjusted by adjusting the temporary fixing screw 88 on the upper surface, and the pressing force on the left and right surfaces is adjusted with the temporary fixing screw 88 on the side surface. In order to insert the temporary fixing screws 88 not only on the upper and lower surfaces, but also on the side surfaces, the heat sink of FIG. 4 is provided with the second bonding surfaces 91B not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. By fixing the temporary fixing screw 88 so as to be substantially orthogonal, the optical crystal 80 can be maintained in a state of being pressed with an appropriate pressing force from the top, bottom, left and right in the drawing. In this way, the joint surfaces of the heat sinks are orthogonal to each other In relation 2 sides (In the example of FIG. 4, the joint surface 91 and the second joint surface 91B) By doing so, it becomes possible to adjust the pressing force of the four surfaces of the optical crystal 80. However, it is needless to say that the conditions for providing the pressing surface, the number of temporary fixing screws, the position, and the like are not limited to this example, and can be appropriately changed according to the use mode and conditions.
[0030]
For example, in the configuration shown in FIG. 5, temporary fixing screws 88 are provided only on the upper and lower surfaces, and only the pressure on the inner and upper surfaces of the pressing surface that presses the optical crystal 80 can be adjusted to the optimum value. This configuration can be suitably used when it is not necessary to maintain the four surfaces of the optical crystal 80 at an equal pressing force and only two surfaces need to be optimally held.
[0031]
Thus, the force for pressing the upper heat sink 84 against the lower heat sink 83 and the optical crystal 80 in the assembling process is always kept constant by using the spring 89 of the temporary fixing screw 88. As a result, an excessive stress is not applied to the optical crystal 80, and a situation in which the optical crystal 80 is damaged is avoided. At the same time, by realizing appropriate contact between the optical crystal 80 and the optical crystal holder 82, temperature control such as uniform cooling and heating with low contact thermal resistance can be obtained, thereby causing laser non-uniformity due to non-uniform cooling. The problem of unstable output is solved. Furthermore, since the spring 89 is controlled so that a constant pressure is always applied to the optical crystal 80, the operator does not need to perform troublesome operations such as fine adjustment of the pressing force, and the assembly and removal operations can be simplified and manufactured. There are also advantages in terms of maintenance.
[0032]
[Holding plate 85]
As described above, with the pressing surface of the optical crystal 80 adjusted to an appropriate pressure, the upper heat sink 84 and the lower heat sink 83 and the holding plate 85 are used using the holding plate 85 and the fixture 86 as shown in FIG. Fix in a state where it is pinched. FIG. 7 shows a cross-sectional view taken along the plane VII-VII in FIG. As shown in this figure, the lower heat sink 83 and the holding plate 85 each have a holding surface 92, and the upper heat sink 84 is sandwiched and fixed by the holding surface 92. The fixing tool 86 is a fixing screw, and is fastened to a fixing screw hole provided in the lower heat sink 83 and the holding plate 85 to be firmly fixed. A plurality of fixing screws are spaced apart from each other at the upper and lower sides of the optical crystal 80 and are fixed to each other.
[0033]
Here, the length of the portion provided with the pressing surface of the lower heat sink 83 indicated by A in FIG. 7, in other words, the thickness from the holding surface 92 to the surface (contact surface with the holding plate 85) is indicated by B in the drawing. It is formed slightly smaller than the thickness of the upper heat sink 84. For example, the thickness B of the upper heat sink 84 is several tens to several hundreds of μm, and the thickness A is higher than the thickness A of the stepped portion of the lower heat sink 83. Thus, when the upper heat sink 84 is held between the lower heat sink 83 and the holding plate 85, the upper heat sink 84 protrudes from the holding surface 92, so that the upper heat sink 84 can be fixed by holding the protruding portion.
[0034]
As described above, the lower heat sink 83 and the holding plate 85 are fixed with the fixing screws while the upper heat sink 84 and the lower heat sink 83 are held in a state of pressing the optical crystal 80 through the buffer material with a predetermined pressure. . As a result, the upper heat sink 84 and the lower heat sink 83 are fixed with the positional relationship maintained, and as a result, the pressing force on the pressing surface is maintained constant.
[0035]
When the upper heat sink 84 and the lower heat sink 83 are fixed, the temporary fixing screw 88 is removed because the temporary fixing is no longer necessary. The removed temporary fixing screw 88 can be reused when another optical crystal holder 82 is fixed. However, the temporary fixing screw 88 can be left as it is.
[0036]
When a resonator is configured by setting a solid-state laser crystal as the optical crystal 80 in the optical crystal holder 82 shown in FIG. Yes. Therefore, the lower heat sink 83 in FIG. 3 is provided with a window for irradiating excitation light from the end face of the solid-state laser crystal.
[0037]
Furthermore, the optical crystal holder is not limited to the configuration shown in FIG. 3, and the configurations shown in FIGS. 8 and 9 can also be applied. As shown in FIG. 8, a side excitation (side pump) method can be applied by providing a window for irradiating excitation light from the side direction of the optical crystal 80. In FIG. 8, the heat conductive sheet 81 is a single sheet, and is disposed between the upper heat sink 84 and the lower heat sink 83 so as to cover the upper and lower surfaces of the optical crystal 80 with the two heat conductive sheets 81. . FIG. 9 shows a configuration in which the lower heat sink 83 is integrally molded with the unit.
[0038]
[Integrated]
The optical crystal holder 82 in FIG. 3 can also be composed of three or more members. Also, some members can be integrally formed in a case or the like. For example, when the optical crystal holder is applied to the oscillator unit 34 shown in FIG. 11, the lower heat sink 83 is integrally formed with the oscillator unit as shown in FIG. 12, and the upper heat sink 84 and the pressing plate are combined with this to form the optical crystal holder. Can be configured. FIG. 9 is an exploded perspective view showing in more detail an example in which the lower heat sink of FIG. As shown in this figure, an upper heat sink 84 is sandwiched and fixed by a lower heat sink 83 and a holding plate 85 integrally formed in the unit with a heat conductive sheet 81 interposed as a cushioning material. With this configuration, it is not necessary to position and fix the lower heat sink 83 to the oscillator unit 34 in advance, the problem of contact thermal resistance between the lower heat sink 83 and the oscillator unit 34 does not occur, and the number of parts can be reduced, so that the assembly can be reduced. There are advantages such as fewer man-hours. Of course, it goes without saying that the lower heat sink 83 can also be configured as a separate member in FIG.
[0039]
[Heat conduction]
FIG. 10 shows a flow in which heat is conducted in the optical crystal holder having the above configuration. The heat generated in the optical crystal 80 is conducted to the lower heat sink 83 and the upper heat sink 84, but the heat of the upper heat sink 84 moves in the longitudinal direction of the optical crystal 80, one is transferred to the lower heat sink 83, and the other is It is also transmitted to the lower heat sink 83 through the holding plate 85. Further, by inserting the heat conductive sheet 81 between the lower heat sink 83 and the upper heat sink 84, the lower heat sink 83 and the holding plate 85, and the upper heat sink 84 and the holding plate 85, respectively, the contact heat resistance is reduced, and the efficiency is improved. Heat can be conducted to promote cooling of the optical crystal 80.
[0040]
The lower heat sink 83, the upper heat sink 84, and the holding plate 85 constituting the optical crystal holder 82 are made of a metal such as aluminum, copper, or brass having good thermal conductivity. In addition, a temperature control mechanism for cooling or / and heating in the heat conduction state is connected to the optical crystal holder 82. The temperature control mechanism uses an electro-cooling heating element such as a Peltier element to electrically transfer heat, and an air-cooled heat radiating unit that dissipates the heat transferred by a heat sink or a fan. The heat radiating unit controls the temperature of the optical crystal holder 82 to be within a certain range. The air-cooled type eliminates the need for water-cooling equipment compared to the water-cooled type, which saves space and simplifies the equipment configuration, and also saves resources and reduces maintenance work by not consuming water. Figured. However, it goes without saying that a water-cooled type can be applied to the present invention instead of or in addition to the air-cooled type as needed, for example, when the heat radiation amount is large and the air-cooled type is insufficiently cooled.
[0041]
[Laser oscillator]
Next, FIG. 13 is a longitudinal sectional view of a laser oscillator in which a heat radiating portion is fixed to the oscillator unit of FIGS. 11 and 12, and FIG. 14 is an exploded perspective view of the laser oscillator of FIG. The laser oscillator 33 shown in these figures includes an oscillator unit 34 that is a heat source, an oscillator unit heat sink 40 as a radiator, and a Peltier element 37 that thermally transfers the amount of heat generated on the oscillator unit 34 side to the oscillator unit heat sink 40 side. Is provided. The Peltier element 37 is sandwiched between the oscillator unit 34 and the oscillator unit heat sink 40 via the heat conductive material 35.
[0042]
The oscillator unit 34 is a solid-state laser medium 38, Nd: YVO. 4 A crystal and a Q switch 39 are incorporated. In order to efficiently dissipate these heat sources, the oscillator unit 34 is formed in a block shape with a metal such as aluminum or copper having good thermal conductivity. Furthermore, the oscillator unit 34 is fixed by screwing to an oscillator base 36 for fixing the oscillator unit 34. In order to cool the oscillator unit 34 in direct contact with the Peltier element 37, the lower surface of the oscillator unit 34 protrudes so as to expose a cooling surface in contact with the Peltier element 37 through an opening 36 a provided in the oscillator base 36. The shape is made to be. With the oscillator unit 34 fixed to the oscillator base 36, the lower surface of the oscillator unit 34 is exposed from the lower surface of the oscillator base 36. Further, an O-ring-shaped sealing material 44A is inserted into the protruding surface of the oscillator unit 34 to seal between the lower surface of the oscillator unit 34 and the upper surface of the oscillator base 36.
[0043]
Further, the heat absorption surface of the Peltier element 37 is fixed to the projecting surface of the oscillator unit 34 via the second heat conductive material 35B, and the heat dissipation surface of the Peltier element 37 is connected to the oscillator unit heat sink 40 via the first heat conductive material 35A. Is fixed. The oscillator unit heat sink 40 is provided with a plurality of heat radiation fins in an upright posture in parallel to increase the surface area and improve heat dissipation. The oscillator unit heat sink 40 of FIG. 14 is fixed with screws so that the heat sink base 40A to which the heat radiating fins are fixed is covered with a heat sink cover 40B opened in a U-shaped cross section. A fan 41 for blowing air is fixed to the opening of the heat sink cover 40B. Although one fan 41 can be provided in any one of the openings, it is preferably provided in each opening of the oscillator unit heat sink 40 and the two fans 41 forcibly blow the air on the suction side and the discharge side. This improves air flow and dissipates heat efficiently. The oscillator unit heat sink 40 is also made of a metal such as aluminum or brass having good thermal conductivity, and is preferably made of the same material as the oscillator base 36. The oscillator unit heat sink 40 is fixed to the oscillator base 36 by screws. At this time, a resin washer 45 for heat insulation is inserted between the screw head and the oscillator unit heat sink 40 so that the heat of the oscillator unit heat sink 40 is transmitted to the oscillator base 36 side through the screw and is not leaked. . Similarly, an O-ring-shaped sealing material 44B is disposed between the oscillator base 36 and the oscillator unit heat sink 40 so as to surround the three Peltier elements 37, and four spacers 42 are disposed outside the sealing material 44B. Is done. As a result, the Peltier element 37 is tightly attached to the oscillator unit heat sink 40 and the oscillator unit 34 via the heat conductive material 35.
[0044]
[Heat conduction material 35]
The thermal conductive material 35 is thermally coupled in a state where the substantial contact area between the Peltier element 37, the heat source, and the heat radiating body is increased and the thermal resistance is decreased. The heat conductive material 35 is made of thermally conductive grease, and a material having a low thermal resistance such as silicone grease is preferable. As a result, the contact thermal resistance between the Peltier element 37, the heat generation source, and the heat radiating body can be reduced. Further, by applying the heat conductive material 35 to the Peltier element 37, the gap on the contact surface is eliminated, heat conduction in the thickness direction is promoted, and the entire surface can be maintained at a uniform temperature. Further, the heat conductive material 35 may be a gel or paste having a predetermined viscosity. As a result, a pressing force is transmitted to the Peltier element 37 from the pressing surface of the heat generation source and the radiator, and an excessive pressing force is alleviated. In order to prevent a high pressure from being applied to the Peltier element 37, the viscosity of the heat conductive material 35 is lowered. The viscosity is selected according to the destruction threshold of the Peltier element 37 to be used, the gap between the heat source and the heat radiator, that is, the height of the spacer 42, and the like.
[0045]
As shown in FIG. 13, the heat conductive material 35 is applied on the oscillator unit heat sink 40 and applied to the first heat conductive material 35 </ b> A interposed between the heat dissipation surface of the Peltier element 37 and the heat absorption surface of the Peltier element 37. There is a second heat conductive material 35B interposed between the oscillator unit 34 and the oscillator unit 34. Thus, by separating the heat conducting material 35 on the heat radiating side and the heat absorbing side, it is possible to avoid the loss due to the mixture of the heat radiating energy and the heat absorbing energy and to efficiently perform the heat transfer by the Peltier element 37. However, it does not prevent the heat conduction material on the heat dissipation side and the heat absorption side from being mixed for reasons of the process of applying the heat conduction material.
[0046]
[Peltier element 37]
The Peltier element 37 is a plate-like element that utilizes a phenomenon in which heat is generated or absorbed when a contact surface of a dissimilar metal or semiconductor is energized, and includes a heat absorption surface and a heat dissipation surface. Since the Peltier element 37 has no movable part and thus has advantages such as being free of vibration and being small and light, it has a large self-heating. For this reason, the heat absorbing surface is brought into contact with the heat generation source, while the heat radiating surface is brought into contact with the heat radiating body to radiate heat. The Peltier element 37 can reverse the heat transfer direction by reversing the direction in which the direct current flows, so that the heat dissipating surface and the heat absorbing surface can be reversed. Therefore, the Peltier element 37 can be used for both heating and cooling, and is suitable for highly accurate temperature control.
[0047]
A thermal conductive material 35 having a predetermined thickness is applied to the Peltier element using a mask, a squeegee, or the like. In this state, a plurality of Peltier elements 37 are arranged on the heat conductive material 35. In the example of FIG. 14, three Peltier elements 37 are adjacent on a straight line. The Peltier element 37 is opposed to the oscillator unit 34 side with the heat absorption surface as an upper surface and opposed to the oscillator unit heat sink 40 with the heat dissipation surface as a lower surface. The Peltier elements 37 are close to each other so that the heat conducting material 35 does not enter. Further, the heat conductive material 35 is similarly applied to the upper surface of the Peltier element 37 group, that is, the lower surface of the oscillator unit 34. Preferably, a heat conductive material 35 having a predetermined thickness is applied to the lower surface of the oscillator unit 34 with the oscillator unit 34 turned upside down as shown in FIG. The Peltier element 37 is sandwiched between the oscillator unit heat sink 40 and the oscillator unit 34 to which the heat conductive material 35 having a predetermined thickness is applied. Further, a spacer 42 is arranged around the Peltier element 37 group between the oscillator unit 34 and the oscillator unit heat sink 40 and fastened with screws in a state where the spacer 42 is sandwiched. In this method, since the Peltier element 37 and the heat conductive material 35 are not pressed beyond the height of the spacer 42, the height of the spacer 42 is set so that no pressure exceeding the destruction threshold of the Peltier element 37 is applied. By adjusting the thickness and viscosity of the heat conducting material 35, the Peltier element 37 is prevented from being damaged. In addition, since this method only tightens the screw, fine adjustment such as torque management is unnecessary, and the operation can be extremely simple. In this example, the oscillator unit 34 and the oscillator unit heat sink 40 are fixed by fastening screws, but the fastening tool for fixing is not limited to this, and clamps, rivets, welding, and the like can also be used.
[0048]
Further, a harness such as a lead wire for energization is connected to the Peltier element 37, which is pulled out through a notch formed in the sealing material 44B and connected to a power source terminal of a constant current source. . The cutout portion of the sealing material 44B that passes through the harness is hermetically sealed with an adhesive or the like so that no gap is formed in this portion. In addition to the rectangular shape shown in the drawing, the shape of the Peltier element can be appropriately used in the shape of a circle or a ring according to the object to be cooled and heated.
[0049]
[Spacer 42]
The spacer 42 is provided so that a pressing force exceeding the destruction threshold of the Peltier element 37 is not applied, and the gap between the oscillator unit 34 and the oscillator unit heat sink 40 is set to a constant value. Therefore, the height of the spacer 42 is determined based on the destruction threshold value and thickness of the Peltier element 37 to be used, and the thickness and viscosity of the heat conductive material 35 corresponding to the thermal resistance curve of the Peltier element 37. Further, in the example of FIGS. 13 and 14, since the lower surface of the oscillator unit 34 protrudes and penetrates the opening of the oscillator base 36, the height of the protrusion of the oscillator unit 34 protruding from the lower surface of the oscillator base 36 is also taken into consideration. It is decided. The height of the protrusion is measured with a gauge or the like. When the gap is determined according to these parameters, the spacer 42 corresponding to the gap is selected. Thus, by selecting the spacers 42 according to the Peltier elements 37 to be used, the optimum fixing of the Peltier elements 37 is realized for each apparatus.
[0050]
In this example, the spacer 42 is made of stainless steel (SUS). The number of the spacers 42 is preferably as large as possible. However, in order to prevent heat leakage of the Peltier elements 37 by conducting heat with the spacers 42, four spacers 42 are preferably arranged in the vicinity of the four corners of the Peltier element 37 group. The spacer 42 is preferably made of a heat insulating material. For example, resins having excellent heat insulation properties such as polyether ether ketone (PEEK) and polyphenylene sulfide (PSS), ceramics, and the like can be used.
[0051]
[Sealing material 44]
Further, as shown in FIG. 13, a sealing material 44 is used to seal the spaces between the oscillator unit 34 and the oscillator base 36 and between the oscillator base 36 and the oscillator unit heat sink 40, respectively. The sealing member 44 is formed in a substantially rectangular O-ring shape, and when pressed, it is elastically deformed and compressed, and the gap is hermetically closed. The sealing material 44 </ b> A is disposed around the protruding surface of the oscillator unit 34, and the sealing material 44 </ b> B is disposed between the Peltier element 37 group and the spacer 42 and sandwiched therebetween. These sealing materials 44 block the Peltier elements 37 from the outside. As a result, the air in the vicinity of the Peltier element 37 is cooled to condense and condense moisture in the air, avoiding the possibility of damaging the Peltier element 37 and other circuits, and maintaining a stable cooling capacity over a long period of time. This improves the performance and extends the circuit life. An elastic member such as butyl rubber is used for the sealing member 44. As shown in FIG. 14, the sealing material 44A is smaller than the sealing material 44B, and is sandwiched between the lower surface of the oscillator unit 34 and the upper surface of the oscillator base 36 to close a gap when these are screwed. Instead of the sealing material 44A, the gap may be sealed with a sealing material after the oscillator unit 34 and the oscillator base 36 are screwed together. The sealing member 44B has a notch for pulling out the harness of the Peltier element 37 on the lower surface and a notch on the side surface so that the side surfaces of the screws fixing the oscillator unit heat sink 40 and the oscillator base 36 are in contact with each other. ing.
[0052]
[Hygroscopic material 43]
Furthermore, a hygroscopic material 43 is arranged in the space sealed by the sealing material 44 as shown in FIG. The hygroscopic material 43 can remove moisture contained in the air that is already present when the sealed space is formed, and can reliably prevent condensation in the sealed space. Zeolite or the like can be used for the hygroscopic material 43.
[0053]
As described above, the thickness of the heat conductive material 35 is reduced to suppress the thermal resistance, the cooling capacity of the Peltier element 37 is efficiently transmitted, and the spacer 42 does not apply a pressure equal to or higher than the breakdown threshold to the Peltier element 37. To achieve both thermal efficiency and element protection. Even if there are variations in the thickness of the plurality of Peltier elements 37, the heat conduction material 35 interposed between the pressing surface and the Peltier element 37 has viscosity, so that the elements are compressed and deformed to hold each element with a uniform pressing force. can do. In addition, with this method, the Peltier element 37 can be fixed simply by fastening the screw with the spacer 42 interposed therebetween, and therefore the operation is simplified. As in the past, there is no extremely troublesome adjustment work like the method of controlling torque by tightening the screw, and the optimum state is ensured without damaging the Peltier element 37 by simply fastening the screw and with low thermal resistance. Thus, the Peltier element 37 can be fixed.
[0054]
[Solid-state laser equipment]
Further, FIG. 15 shows a configuration of a solid-state laser device using the embodiment of the present invention. FIG. 15 shows a block diagram of the solid-state laser device. The solid-state laser device shown in this figure includes a laser control unit 1, a laser output unit 2, and an input unit 3. The solid-state laser device can be used in general laser application equipment, such as laser oscillators and various laser processing devices, laser processing such as drilling, marking, trimming, scribing, and surface treatment, and other laser application fields as a laser light source, such as DVD and the like. It can be suitably used in a light source for high-density recording / playback of an optical disc such as Blu-ray, a light source for communication, a printing device, a light source for illumination, a light source for a display device such as a display, a medical device, and the like. The following example demonstrates the example applied to a laser marker as an example of a solid-state laser apparatus. Further, in this specification, “printing” is used in a concept including various kinds of processing described above in addition to marking of characters, symbols, figures and the like.
[0055]
The input unit 3 is connected to the laser control unit 1, inputs necessary settings for operating the solid-state laser device, and transmits them to the laser control unit 1. The laser control unit 1 includes a control unit 4, a memory unit 5, a laser excitation unit 6, and a power source 7, and records setting contents input from the input unit 3 in the memory unit 5. The control unit 4 reads the setting contents from the memory when necessary, and operates the laser excitation unit 6 based on the print signal corresponding to the printing contents to excite the laser medium 8 of the laser output unit 2. Further, the control unit 4 sends a scanning signal for operating the scanning unit 9 of the laser output unit 2 to the scanner driving unit 52 in order to scan the workpiece W with the laser light oscillated by the laser medium 8 so as to perform the set printing. Output. The power source 7 applies a predetermined voltage to the laser excitation unit 6 as a constant voltage power source.
[0056]
The laser output unit 2 includes a laser oscillation unit 50. The laser oscillating unit 50 that generates laser light includes an optical mirror 80 and an output mirror and a total reflection mirror that are arranged to face each other with a predetermined distance along the optical path of the stimulated emission light emitted from the laser medium 8. And an aperture, a Q switch, and the like disposed between them. The stimulated emission light emitted from the laser medium 8 is amplified by multiple reflection between the output mirror and the total reflection mirror, and the mode is selected by the aperture while being cut off in a short period by the operation of the Q switch, and the output mirror After that, the laser beam is output. The laser oscillation unit 50 employs a so-called end pumping excitation method in which laser excitation light is input from one end surface of the rod-like shape of the laser medium 8 and is excited, and laser light is emitted from the other end surface.
[0057]
The scanning unit 9 reflects the laser beam and outputs it in a desired direction, scans the laser beam on the surface of the workpiece W, and prints it. The scanning unit 9 includes a pair of an X-axis scanner 14a and a Y-axis scanner 14b, and galvano motors 51a and 51b that rotate them. The galvano motors 51 a and 51 b are driven by the scanner driving unit 52. The scanner driving unit 52 drives the galvano motors 51a and 51b based on the scanning signal supplied from the control unit 4, thereby causing the X-axis scanner 14a and the Y-axis scanner 14b provided on the output shafts of the galvano motors 51a and 51b. The total reflection mirror is rotated to deflect and scan the laser beam oscillated from the laser medium 8. The laser beam deflected and scanned is irradiated and marked on the surface of the workpiece W through an fθ lens 15 provided in a substantially deflection direction.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, the optical crystal holder, the solid-state laser device, and the optical crystal fixing method of the present invention can fix the optical crystal in a state where it is held with a uniform pressing force, and are sufficient between the optical crystal and the optical crystal holder. This ensures stable contact and ensures efficient cooling and heating, as well as avoiding damage to the optical crystal due to excessive pressing force on the pressing surface, so that the optical crystal can be used stably. . The optical crystal holder, the solid-state laser device, and the optical crystal fixing method according to the present invention are arranged in this posture in a state where the pressing surfaces of the first pressing plate and the second pressing plate are held at an appropriate pressure. This is because the second holding plate is sandwiched and fixed by the first pressing plate and the holding plate. Thus, the optical crystal is fixed while maintaining the positional relationship for obtaining the optimum pressure, and the optical crystal is fixed and maintained in a contact state, and the optical crystal is protected. In addition, since this method can be easily fixed, the manufacturing and maintenance work is simple, and the fixing of the optical crystal can be easily, surely and highly effective.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional method for fixing an optical crystal.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another method for fixing a conventional optical crystal.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing an optical crystal holder according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a cross section of the optical crystal holder taken along line IV-IV in FIG. 3;
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an optical crystal holder according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an optical crystal holder according to another embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view showing a cross section of the optical crystal holder along the line VII-VII in FIG. 4;
FIG. 8 is an exploded perspective view showing an optical crystal holder according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an exploded perspective view showing an optical crystal holder according to another embodiment of the present invention.
10 is an explanatory diagram showing a flow of heat conduction in the optical crystal holder of FIG. 3. FIG.
FIG. 11 is a perspective view showing an oscillator unit in which a part of an optical crystal holder is integrally formed.
12 is an enlarged perspective view of the oscillator unit of FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing an example in which the optical crystal holder according to one embodiment of the present invention is applied to a laser oscillator.
14 is an exploded perspective view of the laser oscillator of FIG. 13 viewed from below.
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a solid-state laser apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Laser controller
2 ... Laser output section
3 ... Input section
4. Control unit
5 ... Memory part
6 ... Laser excitation part
7 ... Power supply
8 ... Laser medium
9 ... Scanning part
14a, 14b ... XY scanner
15 ... fθ lens
33 ... Laser oscillator
34 ... Oscillator unit
35 ... Heat conduction material
35A: first heat conductive material
35B: second heat conductive material
36 ... Oscillator base
36a ... opening
37 ... Peltier element
38... Solid laser medium
39 ... Q switch
40 ... Oscillator unit heat sink
40A ... heat sink base
40B ... heat sink cover
41 ... Fan
42 ... Spacer
43 ... Hygroscopic material
44, 44A, 44B ... Sealing material
45 ... Resin washer
47a ... opening
50 ... Laser oscillator
51, 51a, 51b ... Galvano motor
52 ... Scanner drive unit
77A, 77B ... heat sink
78 ... Screw
79A, 79B ... heat sink
80: Optical crystal
81 ... Thermal conductive sheet
82. Optical crystal holder
83 ... Lower heat sink
84 ... Upper heat sink
85 ... Holding plate
86 ... Fixing tool
87 ... Pressing surface
88 ... Temporary set screw
89 ... Spring
90 ... Temporary set screw hole
91 ... Joining surface
91B ... Second joint surface
92 ... holding surface
W ... Work

Claims (8)

略直方体状の光学結晶(80)の長手方向の側面を構成する上下面及び左右面の4面を所定の押圧力に保持した状態で固定する光学結晶ホルダであって、
光学結晶(80)の上下面の一方及び左右面の一方を押圧するために、略直角に交差する2面から構成される第1の押圧面を備える第1の押圧板(83)と、
光学結晶(80)の上下面の他方及び左右面の他方を押圧するために、略直角に交差する2面構成される第2の押圧面を備える第2の押圧板(84)と、
前記第1の押圧板(83)との間で前記第2の押圧板(84)を狭着して保持する保持板(85)と、
を備え、
前記第1の押圧板 (83) と前記第2の押圧板 (84) とが、前記第1の押圧面および前記第2の押圧面で狭持する第1の方向、および前記第1の押圧面および前記第2の押圧面で狭持する方向であって、前記第1の方向と直交する第2の方向から、光学結晶 (80) を押圧する圧力を所定値に設定するための押圧具として、複数の仮止めネジ (88) を連結可能に構成してなり、
前記第1の押圧板 (83) と前記第2の押圧板 (84) とが、前記上下面方向及び左右面方向に前記仮止めネジ (88) を挿通するための複数のネジ孔をそれぞれ設けてなり、
前記第1の押圧面と前記第2の押圧面とで構成される押圧空間において光学結晶(80)の面を所定の圧力に押圧する状態で、前記第1の押圧板(83)と前記保持板(85)で前記第2の押圧板(84)を狭持して、前記第1の押圧面と前記第2の押圧面を固定し、この状態で第1の押圧板(83)と保持板(85)を、前記第1の方向および第2の方向と直交する第3の方向から固定する固定具(86)として固定ネジを備える
ことを特徴とする光学結晶ホルダ。
An optical crystal holder for fixing the upper and lower surfaces and the left and right surfaces constituting the side surface in the longitudinal direction of the substantially rectangular parallelepiped optical crystal (80) in a state of being held at a predetermined pressing force,
A first pressing plate (83) having a first pressing surface composed of two surfaces intersecting at substantially right angles in order to press one of the upper and lower surfaces and one of the left and right surfaces of the optical crystal (80);
A second pressing plate (84) having a second pressing surface constituted by two surfaces intersecting at substantially right angles to press the other of the upper and lower surfaces of the optical crystal (80) and the other of the left and right surfaces ;
A holding plate (85) for tightly holding the second pressing plate (84) with the first pressing plate (83) ;
With
A first direction in which the first pressing plate (83) and the second pressing plate (84) sandwich between the first pressing surface and the second pressing surface, and the first pressing A pressing tool for setting a pressure for pressing the optical crystal (80) to a predetermined value from a second direction perpendicular to the first direction, which is a direction sandwiched between the surface and the second pressing surface As a plurality of temporary set screws (88) can be connected,
The first pressing plate (83) and the second pressing plate (84 ) are provided with a plurality of screw holes for inserting the temporary fixing screws (88) in the vertical direction and the horizontal direction, respectively. And
In a state where the four surfaces of the optical crystal (80) are pressed to a predetermined pressure in a pressing space constituted by the first pressing surface and the second pressing surface, the first pressing plate (83) and the The holding plate (85) sandwiches the second pressing plate (84) to fix the first pressing surface and the second pressing surface. In this state, the first pressing plate (83) An optical crystal holder, comprising: a fixing screw as a fixture (86) for fixing the holding plate (85) from a third direction orthogonal to the first direction and the second direction .
請求項1に記載の光学結晶ホルダであって、前記第1の押圧面と前記第2の押圧面が、光学結晶(80)との間で熱伝導性を備える緩衝材を狭持することを特徴とする光学結晶ホルダ。  2. The optical crystal holder according to claim 1, wherein the first pressing surface and the second pressing surface sandwich a buffer material having thermal conductivity between the optical crystal (80). A featured optical crystal holder. 請求項1又は2に記載の光学結晶ホルダであって、前記仮止めネジ(88)が、それぞれスプリング(89)を挿通して前記第1の押圧板(83)と前記第2の押圧板(84)とを所定の圧力で押圧状態に保持してなることを特徴とする光学結晶ホルダ。 3. The optical crystal holder according to claim 1 , wherein the temporary fixing screw (88) is inserted through a spring (89), and the first pressing plate (83) and the second pressing plate ( 84) is held in a pressed state at a predetermined pressure. 請求項1からのいずれかに記載の光学結晶ホルダであって、前記固定具(86)が、前記第1の押圧板(83)と前記保持板(85)とをネジ止めする複数の固定ネジであることを特徴とする光学結晶ホルダ。The optical crystal holder according to any one of claims 1 to 3 , wherein the fixture (86) includes a plurality of screws that screw the first pressing plate (83) and the holding plate (85). An optical crystal holder, which is a fixing screw. 請求項1から4のいずれか一に記載の光学結晶ホルダであって、前記交差する2面の内の一方の面が延長されて、前記第1の押圧板(83)と前記第2の押圧板(84)とが直接接合する接合面(91)を構成してなることを特徴とする光学結晶ホルダ。The optical crystal holder according to any one of claims 1 to 4 , wherein one of the two intersecting surfaces is extended so that the first pressing plate (83) and the second pressing An optical crystal holder comprising a joining surface (91) for direct joining with a plate (84) . 請求項に記載の光学結晶ホルダであって、前記接合面(91)と略直交し、前記第1の押圧板(83)と前記第2の押圧板(84)とが直接接合する第2の接合面(91B)を設けてなることを特徴とする光学結晶ホルダ。The optical crystal holder according to claim 5 , wherein the second pressing plate (83) and the second pressing plate (84) are directly bonded to each other substantially perpendicular to the bonding surface (91). An optical crystal holder comprising a bonding surface (91B). 固体レーザ結晶励起して励起光を放出させる固体レーザ装置であって、
略直方体状の固体レーザ結晶の長手方向の側面を構成する上下面及び左右面の4面の内、上下面の一方及び左右面の一方を押圧するために、略直角に交差する2面から構成され 第1の押圧面を備える第1の押圧板(83)と、
前記固体レーザ結晶の上下面の他方及び左右面の他方を押圧するために、略直角に交差する2面から構成される第2の押圧面を備える第2の押圧板(84)と、
前記第1の押圧板(83)との間で前記第2の押圧板(84)を狭着して保持する保持板(85)と、
を備え、
前記第1の押圧板 (83) と前記第2の押圧板 (84) とが、前記第1の押圧面および前記第2の押圧面で狭持する第1の方向、および前記第1の押圧面および前記第2の押圧面で狭持する方向であって、前記第1の方向と直交する第2の方向から、前記固体レーザ結晶を押圧する圧力を所定値に設定するための押圧具として、複数の仮止めネジ (88) を連結可能に構成してなり、
前記第1の押圧板 (83) と前記第2の押圧板 (84) とが、前記上下面方向及び左右面方向に前記仮止めネジ (88) を挿通するための複数のネジ孔をそれぞれ設けてなり、
前記第1の押圧面と前記第2の押圧面とで構成される押圧空間において固体レーザ結晶の少なくとも2面を所定の圧力に押圧する状態で、前記第1の押圧板(83)と前記保持板(85)で前記第2の押圧板(84)を狭持して、前記第1の押圧面と前記第2の押圧面を固定し、この状態で第1の押圧板(83)と保持板(85)を、前記第1の方向および第2の方向と直交する第3の方向から固定する固定具(86)として固定ネジ
を備え、
固体レーザ結晶を所定の押圧力に保持した状態で固定することを特徴とする固体レーザ装置。
A solid-state laser device that emits excitation light by exciting a solid-state laser crystal,
In order to press one of the upper and lower surfaces and one of the left and right surfaces of the four surfaces of the upper and lower surfaces and the left and right surfaces constituting the side surface in the longitudinal direction of the solid laser crystal having a substantially rectangular parallelepiped shape, first pressing plate having a first pressing surface that will be the (83),
A second pressing plate (84) comprising a second pressing surface composed of two surfaces intersecting at substantially right angles to press the other of the upper and lower surfaces of the solid-state laser crystal and the other of the left and right surfaces ;
A holding plate (85) for tightly holding the second pressing plate (84) with the first pressing plate (83) ;
With
A first direction in which the first pressing plate (83) and the second pressing plate (84) sandwich between the first pressing surface and the second pressing surface, and the first pressing As a pressing tool for setting the pressure for pressing the solid laser crystal to a predetermined value from a second direction perpendicular to the first direction, which is a direction sandwiched between a surface and the second pressing surface A plurality of temporary set screws (88) can be connected,
The first pressing plate (83) and the second pressing plate (84 ) are provided with a plurality of screw holes for inserting the temporary fixing screws (88) in the vertical direction and the horizontal direction, respectively. And
In a state where at least two surfaces of the solid laser crystal are pressed to a predetermined pressure in a pressing space constituted by the first pressing surface and the second pressing surface, the first pressing plate (83) and the holding The second pressing plate (84) is clamped by the plate (85), and the first pressing surface and the second pressing surface are fixed. In this state, the first pressing plate (83) is held. A fixing screw as a fixture (86) for fixing the plate (85) from a third direction orthogonal to the first direction and the second direction ;
A solid-state laser device, wherein the solid-state laser crystal is fixed while being held at a predetermined pressing force.
略直方体状の光学結晶(80)の長手方向の側面を構成する上下面及び左右面の4面の内、上下面の一方及び左右面の一方を押圧するために、略直角に交差する2面から構成される第1の押圧面を備える第1の押圧板(83)光学結晶(80)の上下面の他方及び左右面の他方を押圧するために、略直角に交差する2面から構成される第2の押圧面を備える第2の押圧板(84)前記第1の押圧板(83)との間で前記第2の押圧板(84)を狭着して保持する保持板(85)とを備える光学結晶ホルダに、光学結晶(80)を固定する光学結晶の固定方法であって、
光学結晶(80)を前記第1の押圧面および前記第2の押圧面で、熱伝導性を備える緩衝材を介して狭持する工程と、
前記第1の押圧面および前記第2の押圧面で狭持する第1の方向、および前記第1の押圧面および前記第2の押圧面で狭持する方向であって、前記第1の方向と直交する第2の方向から、それぞれ押圧具にて所定の圧力で光学結晶 (80) 押圧した状態に前記第1の押圧板(83)と前記第2の押圧板(84)を保持する工程と、
前記第1の方向および第2の方向と直交する第3の方向から、前記第1の押圧板(83)及び前記保持板(85)とを固定具(86)で固定する工程と、
前記押圧具による前記第1の押圧板(83)と前記第2の押圧板(84)との押圧状態を解除する工程と、
を備えることを特徴とする光学結晶の固定方法。
Two surfaces intersecting substantially at right angles to press one of the upper and lower surfaces and one of the left and right surfaces of the four surfaces of the upper and lower surfaces and the left and right surfaces constituting the longitudinal side surface of the substantially rectangular optical crystal (80). In order to press the first pressing plate (83) having the first pressing surface composed of the upper and lower surfaces of the optical crystal (80) and the other of the left and right surfaces, the two surfaces intersecting at substantially right angles retention and second pressing plate comprising a second pressing surface configured (84), and holds the Semagi the second pressing plate (84) between said first press plate (83) An optical crystal fixing method for fixing an optical crystal (80) to an optical crystal holder comprising a plate (85),
Sandwiching the optical crystal (80) between the first pressing surface and the second pressing surface via a cushioning material having thermal conductivity;
A first direction sandwiched between the first pressing surface and the second pressing surface, and a direction sandwiched between the first pressing surface and the second pressing surface, wherein the first direction The first pressing plate (83) and the second pressing plate (84) are held in a state in which the optical crystal (80) is pressed with a predetermined pressure by a pressing tool from a second direction orthogonal to the first direction. Process,
Fixing the first pressing plate (83) and the holding plate (85) with a fixture (86) from a third direction orthogonal to the first direction and the second direction;
Releasing the pressing state of the first pressing plate (83) and the second pressing plate (84) by the pressing tool ;
An optical crystal fixing method comprising the steps of:
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