JP4598422B2 - レーザアレイモジュールおよび冷却マニホールド - Google Patents

Description

この発明は、多数のレーザダイオード（ＬＤ）を有するレーザアレイモジュールと、レーザアレイモジュールの冷却に使用される冷却マニホールドに関する。

近年、ＬＤ励起の固体レーザが注目されている。ＬＤ励起の場合、フラッシュランプ励起と異なり、レーザ媒質の吸収波長に励起光の波長をマッチングさせることができる。このため、レーザ媒質中で発生する熱が低減され、レーザ効率が改善される。

ＬＤ励起固体レーザの出力を高めるためには、レーザ媒質への励起光の照射面積を大きくすればよい。そこで、一列に並べた複数のレーザアレイユニットを有するレーザアレイモジュールが励起光源として公開されている。個々のレーザアレイユニットでは、一列に並んだ複数のＬＤを有するＬＤバーパッケージが複数、積み重ねられている。各ＬＤバーパッケージには、ＬＤを冷却するためのヒートシンクが取り付けられる（非特許文献１を参照）。
Toshiyuki Kawashimaほか、「慣性核融合エネルギーレーザドライバ用の疑似ＣＷ１１０ｋＷ ＡｌＧａＡｓレーザダイオードアレイモジュール（Quasi-CW 110kW AlGaAs Laser Diode Array Module for Inertial Fusion Energy Laser Driver）」、Japan Journal of Applied Physics、日本応用物理学会、２００１年１２月、第４０巻、第１部、第１２号、６８５２〜６８５８頁

ＬＤ励起固体レーザのさらなる大出力化のためには、励起用レーザ光の照射面積を大きくする必要がある。そのため、より多数のレーザアレイユニットが充分に高い密度で配列された励起光源の実現が望まれる。

そこで、本発明は、多数のレーザアレイユニットを高密度に配列することを可能にするレーザアレイモジュールおよび冷却マニホールドの提供を課題とする。

一つの側面において、本発明はレーザアレイモジュールに関する。このレーザアレイモジュールは、ｎ個（ｎは２以上の整数）のレーザアレイユニットと、前記ｎ個のレーザアレイユニットが取り付けられた冷却マニホールドとを備えている。レーザアレイユニットの各々は、複数のレーザダイオードを有するレーザアレイと、レーザアレイに取り付けられ、冷媒流路を有するヒートシンクと、その冷媒流路に連通し、ヒートシンクから延びる第１および第２の冷媒流通管とを有している。冷却マニホールドは、ｎ個のレーザアレイユニットの第１および第２の冷媒流通管がそれぞれ挿入され、一次元的に配列された２ｎ個の接続口と、２ｎ個の接続口に沿って延在する第１の冷媒流路と、２ｎ個の接続口に沿って延在し、第１の冷媒流路よりも２ｎ個の接続口から遠ざけて配置された第２の冷媒流路と、第１および第２の冷媒流路の一方に接続された冷媒入口と、第１および第２の冷媒流路の他方に接続された冷媒出口と、第１および第２の冷媒流路の間に延在するｎ本の連絡路とを有している。２ｎ個の接続口の各々は、第１の冷媒流路まで延在している。第１の冷媒流通管は、接続口を通じて第１の冷媒流路に連通している。第２の冷媒流通管は、接続口および第１の冷媒流路を貫通し、連絡路を通じて第２の冷媒流路に連通している。

第１および第２の冷媒流路の一方に冷媒が供給され、他方から冷媒が排出される。この冷媒は、第１および第２の冷媒流通管の一方を通ってヒートシンクの冷媒流路に流入し、他方を通ってヒートシンクの冷媒流路から流出する。接続口および連絡路は、第２の冷媒流通管が第１の冷媒流路を貫通して第２の冷媒流路に連通するように配置されている。このため、第１および第２の冷媒流路を同じ高さに配置して、冷却マニホールドの厚さを抑えることができる。この結果、複数のレーザアレイモジュールを積み重ねたときに、レーザアレイユニット同士の間隔が狭くなり、レーザアレイユニットの配列密度が高まる。

ｎ個のレーザアレイユニットの各々は、レーザアレイに電気的に接続された引出電極をさらに有していてもよい。冷却マニホールドは、これらの引出電極が埋設された溝を有していてもよい。引出電極が溝に埋設されているので、複数のレーザアレイモジュールを積み重ねたときに、引出電極の厚さによるレーザアレイユニットの間隔の増加が抑えられる。このため、レーザアレイユニットをいっそう高密度に配列できる。

冷却マニホールドは、実質的に平行な上面および下面を含む板状の形状を有し、レーザアレイユニットの厚さ以下の厚さを有していてもよい。この場合、複数のレーザアレイモジュールを積み重ねることにより、レーザアレイユニットを極めて高密度に配列することができる。

第２の冷媒流通管は、接続口に収容された第１の外径を有する基部と、基部から延在し、第１の外径より小さい第２の外径を有する延長部とを有していてもよい。延長部は、第１の冷媒流路を貫通して連絡路まで延在し、第２の冷媒流路に連通していてもよい。第１の冷媒流路を貫通する延長部は、比較的小さい径を有するので、第１の冷媒流路における冷媒の流れを妨げにくい。したがって、第１の冷媒流路に生じる圧損が抑えられる。

第２の冷媒流通管は、接続口に収容された基部と、基部から延在する延長部とを有していてもよい。延長部は、楕円形の横断面を有しており、第１の冷媒流路を貫通して連絡路まで延在し、第２の冷媒流路に連通していてもよい。楕円形横断面の長軸が第１の冷媒流路内で冷媒が流れる方向を実質的に向くように第２の冷媒流通管を配置すると、第１の冷媒流路における冷媒の流れを妨げにくい。したがって、第１の冷媒流路に生じる圧損が抑えられる。

別の側面において、ｎ個（ｎは２以上の整数）のレーザアレイユニットが取り付けられるべき冷却マニホールドに関する。レーザアレイユニットの各々は、複数のレーザダイオードを有するレーザアレイと、レーザアレイに取り付けられ、冷媒流路を有するヒートシンクと、その冷媒流路に連通し、ヒートシンクから延びる第１および第２の冷媒流通管とを有している。冷却マニホールドは、ｎ個のレーザアレイユニットの第１および第２の冷媒流通管がそれぞれ挿入されるべき一次元的に配列された２ｎ個の接続口と、２ｎ個の接続口に沿って延在する第１の冷媒流路と、２ｎ個の接続口に沿って延在し、第１の冷媒流路よりも２ｎ個の接続口から遠ざけて配置された第２の冷媒流路と、第１および第２の冷媒流路の一方に接続された冷媒入口と、第１および第２の冷媒流路の他方に接続された冷媒出口と、冷媒導入路および冷媒導出路の間に延在するｎ本の連絡路とを備えている。２ｎ個の接続口の各々は、第１の冷媒流路まで延在している。ｎ本の連絡路は、２ｎ個の接続口に第１および第２の冷媒流通管が挿入されたときに、第１の冷媒流通管が接続口を通じて第１の冷媒流路に連通するとともに、第２の冷媒流通管が接続口および第１の冷媒流路を貫通し、連絡路を通じて第２の冷媒流路に連通するように配置されている。

第１および第２の冷媒流路の一方に冷媒が供給され、他方から冷媒が排出される。冷却マニホールドにレーザアレイユニットが取り付けられていると、この冷媒は、第１および第２の冷媒流通管の一方を通ってヒートシンクの冷媒流路に流入し、他方を通ってヒートシンクの冷媒流路から流出する。接続口および連絡路は、レーザアレイユニットを冷却マニホールドに取り付けるときに第２の冷媒流通管が第１の冷媒流路を貫通して第２の冷媒流路に連通するように配置されている。このため、第１および第２の冷媒流路を同じ高さに配置して、冷却マニホールドの厚さを抑えることができる。この結果、複数のレーザアレイモジュールを積み重ねたときに、レーザアレイユニット同士の間隔が狭くなり、レーザアレイユニットの配列密度が高まる。

ｎ個のレーザアレイユニットの各々は、レーザアレイに電気的に接続された引出電極をさらに有していてもよい。冷却マニホールドは、引出電極が埋設されるべき溝をさらに備えていてもよい。引出電極が溝に埋設されているので、複数のレーザアレイモジュールを積み重ねたときに、引出電極の厚さによるレーザアレイユニットの間隔の増加が抑えられる。このため、レーザアレイユニットをいっそう高密度に配列できる。

冷却マニホールドは、実質的に平行な上面および下面を含む板状の形状を有し、冷却マニホールドに取り付けられたレーザアレイユニットの厚さ以下の厚さを有していてもよい。この場合、複数のレーザアレイモジュールを積み重ねることにより、レーザアレイユニットを極めて高密度に配列することができる。

本発明によれば、冷却マニホールドの厚さを抑えることができ、したがって、レーザアレイモジュールを積み重ねたときのレーザアレイユニット同士の間隔を狭くできる。この結果、多数のレーザアレイユニットを高密度に配列して、照射面積が大きく品質の良い固体レーザ用の励起光を生成することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態のレーザアレイモジュールを示す概略斜視図である。レーザアレイモジュール１００は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のレーザアレイユニット１０と、それらのレーザアレイユニット１０が取り付けられた冷却マニホールド３０を有する。図１には、説明の便宜のために、ＸＹＺ直交座標系も描かれている。

図２は、レーザアレイユニット１０を示す平面図である。レーザアレイユニット１０は、複数のＬＤバーパッケージ１２、箱形のヒートシンク１４、冷媒流入管１６および冷媒流出管１８、ならびに引出電極２４および２６を有する。なお、図２では、引出電極２４および２６が省略されている。

各ＬＤバーパッケージ１２は、金属製の放熱板上にＬＤバーが搭載された構造を有する。ＬＤバーは、ある方向（図１ではＸ方向）に沿って一次元的に配列された複数のＬＤ（レーザダイオード）を含むレーザアレイであり、したがって、一列に並んだ複数のレーザ発光スポットを有する。本実施形態では、複数のＬＤがモノリシックに集積されたＬＤバーを使用する。このようなＬＤバーでは、通常、活性層や電極を複数のストライプに分割して並列に配置することにより、複数のストライプ導波路が設けられている。なお、本発明では、このような構造のＬＤバーに代えて、独立した複数のＬＤチップを一列に並べた構造のＬＤバーを使用することもできる。

各レーザアレイユニット１０では、複数のＬＤバーパッケージ１２がＬＤの配列方向と垂直な方向（図１ではＺ方向）に積み重ねられている。この結果、各レーザアレイユニット１０では、複数のＬＤがマトリックス状に２次元配列されている。これらのＬＤバーパッケージ１２は、一つのＬＤバーパッケージ１２の放熱板が別のＬＤバーパッケージ１２に含まれるＬＤバーの陰極に電気的に接続されるように積み重ねられている。また、各ＬＤバーパッケージ１２では、ＬＤバーの陽極が放熱板に電気的に接続されている。このため、一つのＬＤバーの陽極と別のＬＤバーの陰極とが放熱板を介して電気的に接続される。つまり、これらのＬＤバーは電気的に直列に接続されている。

なお、各ＬＤバーパッケージ１２内で、ＬＤバーの陰極が放熱板に電気的に接続されていてもよい。この場合、レーザアレイユニット１０では、一つのＬＤバーパッケージ１２の放熱板が別のＬＤバーパッケージ１２に含まれるＬＤバーの陽極に電気的に接続されるように複数のＬＤバーパッケージ１２が積み重ねられる。

ＬＤの電気光変換効率は疑似ＣＷ（Quasi-CW）の場合で４５〜５０％である。したがって、ＬＤに供給される電力の約半分が熱に変わる。ＬＤで発生した熱はＬＤの動作特性を低下させ、活性層を破壊することすらある。したがって、発生した熱を効率良く除去することが重要である。そこで、本実施形態では、ヒートシンク１４および冷却マニホールド３０を用いてレーザアレイユニット１０を冷却する。

ヒートシンク１４は、高い熱伝導率を有する材料から構成されている。この材料は、通常、銅などの金属である。レーザアレイユニット１０内のＬＤバーパッケージ１２は、すべてヒートシンク１４の前壁１４ａに取り付けられている。ＬＤバーパッケージ１２とヒートシンク１４の間には電気絶縁体が挟まれており、それにより両者は電気的に絶縁されている。その電気絶縁体は充分な熱伝導性を有しており、したがって、ＬＤバーパッケージ１２とヒートシンク１４はその電気絶縁体を介して熱的に接続されている。ヒートシンク１４の内部には冷却水用の流路が設けられている。後述するように、この流路内を冷媒として冷却水が流れることにより、レーザアレイユニット１０中のＬＤが冷却される。

冷媒流入管１６および冷媒流出管１８は、ヒートシンク１４の後壁１４ｂからＬＤバーパッケージ１２の反対側に延在する冷媒流通管である。冷媒流入管１６および冷媒流出管１８の基端は、ヒートシンク１４の後壁１４ｂに設けられた開口を通ってヒートシンク１４内の流路に連通している。冷媒流入管１６は冷却水をヒートシンク１４内の流路へ供給し、冷媒流出管１８はその流路から冷却水を排出する。

図３（ａ）は冷媒流入管１６の横断面を示している。図３（ａ）に示されるように、冷媒流入管１６の横断面の外形は実質的に円形である。冷媒流入管１６は、円形の横断面を有する中空部１７を有している。図２に示されるように、冷媒流入管１６の先端には、Ｏリング２０を取り付けるための縮径部１６ａが設けられている。

図３（ｂ）は冷媒流出管１８の横断面を示している。図２に示されるように、冷媒流出管１８は、同軸に直列接続された基部１８ａと延長部１８ｂを有している。基部１８ａは冷媒流入管１６と実質的に同じ寸法形状を有している。言い換えると、冷媒流出管１８は、冷媒流入管１６の先端に延長部１８ｂが接続された構造を有している。延長部１８ｂの横断面の外形は実質的に円形である。延長部１８ｂは、円形の横断面を有する中空部１９を有している。延長部１８ｂの外径は、基部１８ａの外径より小さい。一方、中空部１９は中空部１７と同じ径を有している。基部１８ａと延長部１８ｂの間には、Ｏリング２０を取り付けるための縮径部１８ｃが設けられている。延長部１８ｂの先端（すなわち、冷媒流出管１８の先端）には、Ｏリング２２を取り付けるための縮径部１８ｄが設けられている。

図１に示されるように、引出電極２４および２６は、ヒートシンク１４の上面および下面に電気絶縁シート５０を介して設置されている。互いに対向する一対の引出電極２４および２６が一つのレーザアレイユニット１０に取り付けられている。この一対の引出電極２４および２６は、レーザアレイユニット１０中のすべてのＬＤバーに一括して駆動電力を供給するために使用される。

本実施形態では、引出電極２４および２６は薄い板またはシートである。引出電極２４は、ヒートシンク１４の上面に配置された幅広部２４ａと、そこからＹ方向に沿って延在する細長い延長部２４ｂを有する。同様に、引出電極２６は、ヒートシンク１４の下面に配置された幅広部２６ａと、そこからＹ方向に沿って延在する細長い延長部２６ｂを有する。幅広部２４ａは、レーザアレイユニット１０において最も上に位置するＬＤバーの陰極に電気的に接続されている。また、幅広部２６ａは、レーザアレイユニット１０において最も下に位置するＬＤバーの陽極に電気的に接続されている。

図１に示されるように、冷却マニホールド３０は、実質的に平行な上面３０ａおよび下面３０ｂを含む板状の形状を有している。冷却マニホールド３０の厚さ、すなわちＺ方向に沿った長さは、レーザアレイユニット１０の厚さにほぼ等しい。冷却マニホールド３０の厚さはレーザアレイユニット１０の厚さ以下であることが好ましい。これは、冷却マニホールド３０がレーザアレイユニット１０よりも厚いと、複数のレーザアレイモジュール１００をＺ方向に沿って積み重ねたときにレーザアレイユニット１０の間に隙間が生じ、レーザアレイユニット１０を高い密度で配列することが難しくなるからである。

冷却マニホールド３０の上面３０ａおよび下面３０ｂには、それぞれｎ本の溝３４が設けられている。各溝３４はＺ方向に沿った深さを有し、Ｙ方向に沿って延在する。引出電極２４の延長部２４ｂは、上面３０ａに設けられた溝３４に埋設されており、引出電極２６の延長部２６ｂは、下面３０ｂに設けられた溝３４に埋設されている。これらの溝３４は、延長部２４ｂおよび２６ｂがＺ方向に沿って溝３４から突出しないような深さを有している。

以下では、図４を参照しながら、冷却マニホールド３０の内部構造を詳細に説明する。図４は、図１の４−４線に沿った冷却マニホールド３０の概略断面図であり、冷却マニホールド３０内に設けられた冷媒流路を示している。具体的に述べると、冷却マニホールド３０は、接続口３２および３３、冷媒入口３６、冷媒出口３８、冷媒導入路４０、冷媒導出路４２、ならびに連絡路４４を有している。

接続口３２および３３は、レーザアレイユニット１０の冷媒流入管１６および冷媒流出管１８がそれぞれ挿入される円筒形の管路である。接続口３２および３３は同じ寸法形状を有する。本実施形態では、ｎ個の接続口３２とｎ個の接続口３３が冷却マニホールド３０に設けられている。これら２ｎ個の接続口３２および３３は、Ｘ方向に沿って一次元的かつ交互に配列されている。接続口３２および３３は、冷却マニホールド３０の前面３０ｃから冷媒導入路４０までＹ方向に沿って延在する。

冷媒入口３６は、冷却マニホールド３０の外部から冷媒を受け入れるための管路であり、冷媒出口３８は冷却マニホールド３０の外部に冷媒を排出するための管路である。冷媒入口３６および冷媒出口３８は、冷却マニホールド３０の両側部に一対づつ設けられている。図１に示されるように、冷媒入口３６および３８は、冷却マニホールド３０の上面３０ａと下面３０ｂの間を鉛直方向（Ｚ方向）に沿って延びている。冷媒入口３６の上端部３６ａおよび下端部３６ｂは、冷媒供給管５２を封止接続できるような構造を有している。同様に、冷媒出口３８の上端部３８ａおよび下端部３８ｂは、冷媒排出管５４を封止接続できるような構造を有している。本実施形態では、下端部３６ｂおよび３８ｂにそれぞれ冷媒供給管５２および冷媒排出管５４が封止接続されている。冷媒供給管５２および冷媒排出管５４は、図示しないチラー装置に接続されている。レーザアレイユニット１０の冷却中は、チラー装置と冷却マニホールド３０との間で冷却水が循環する。このとき、冷媒供給管５２および冷媒排出管５４が接続されない上端部３６ａおよび３８ａは封止部品を用いて封止される。

冷媒入口３６および冷媒出口３８は、複数のレーザアレイモジュール１００を積み重ねて使用することができるように、Ｚ方向に沿って冷却マニホールド３０を貫通している。二つのレーザアレイモジュール１００は、一方の冷媒入口３６の上端部３６ａが他方の冷媒入口３６の下端部３６ｂと連通し、一方の冷媒出口３８の上端部３８ａが他方の冷媒出口３８の下端部３８ｂと連通するように積み重ねられる。冷媒入口３６同士および冷媒出口３８同士は、管継手などの接続部品を用いて封止接続される。通常は、最も下に位置するレーザアレイモジュール１００の冷媒入口３６の下端部３６ａおよび冷媒出口３８の下端部３８ａに、それぞれ冷媒供給管５２および冷媒排出管５４が封止接続される。この場合、最も上に位置するレーザアレイモジュール１００の冷媒入口３６の上端部３６ａおよび冷媒出口３８の上端部３８ａは、封止部品を用いて封止される。積み重ねたレーザアレイモジュール１００を固定する手法は任意である。例えば、各冷却マニホールド３０に冷却マニホールド３０をＺ方向に貫通するネジ穴を設けておき、そのネジ穴にネジを締め付けてレーザアレイモジュール１００を固定してもよい。

冷媒導入路４０は、２ｎ個の接続口３２および３３に沿ってＸ方向に延在する管路である。冷媒導入路４０は、冷媒入口３６に接続されている。また、冷媒導入路４０は、接続口３２および３３に連通している。言い換えると、接続口３２および３３は、冷媒導入路４０から冷却マニホールド３０の前面３０ｃまで延在する分岐路である。

冷媒導出路４２は、冷媒導入路４０と並列に配置され、２ｎ個の接続口３２および３３に沿ってＸ方向に延在する管路である。冷媒導出路４２は、冷媒導入路４０よりも接続口３２および３３から遠ざけて配置されている。冷媒導出路４２は、冷媒出口３８に接続されている。接続口３２および３３は、冷媒導出路４２までは延びていない。

連絡路４４は、冷媒導入路４０と冷媒導出路４２との間に延在する分岐路である。本実施形態では、冷媒流出管１８が挿入される接続口３３と対向する位置に連絡路４４が配置されている。接続口３３と連絡路４４とは一対一に対応している。したがって、冷却マニホールド３０は、ｎ本の連絡路４４を有する。

以下では、図５〜図７を参照しながら、レーザアレイユニット１０の冷媒流入管１６および冷媒流出管１８と冷却マニホールド３０内の流路との位置関係を説明する。図５（ａ）は、レーザアレイユニット１０が取り付けられた冷却マニホールド３０の概略断面図であり、図５（ｂ）は、冷却マニホールド３０の背面図である。図６は、レーザアレイユニット１０が取り付けられた冷却マニホールド３０の拡大断面図であり、図７は、図６の７−７線に沿った冷却マニホールド３０の断面図である。なお、図５では、図面の簡単のため、３個のレーザアレイユニット１０と６個の接続口３２および３３のみが描かれている。

レーザアレイユニット１０を冷却マニホールド３０に取り付けるとき、冷媒流入管１６は接続口３２に挿入され、冷媒流出管１８は接続口３３に挿入される。冷媒流入管１６の先端に取り付けられたＯリング２０は、接続口３２の内面と冷媒流入管１６の外面の間に挟まれる。それによって接続口３２が封止され、接続口３２からの冷却水の漏出が防止される。同様に、冷媒流出管１８の先端に取り付けられたＯリング２０は、接続口３３の内面と冷媒流出管１８の外面の間に挟まれる。それによって接続口３３が封止され、接続口３３からの冷却水の漏出が防止される。

接続口３３に冷媒流出管１８が挿入されると、冷媒流出管１８は冷媒導入路４０を貫通し、連絡路４４を通じて冷媒導出路４２に連通する。冷媒流出管１８の基部１８ａは接続口３３に収容され、延長部１８ｂは冷媒導入路４０および連絡路４４内に延在する。延長部１８ｂの先端に取り付けられたＯリング２２は、連絡路４４の内面と延長部１８ｂの外面との間に挟まれる。それによって連絡路４４が封止され、冷媒導入路４０と冷媒導出路４２とが互いに隔離される。したがって、冷媒導出路４２から冷媒導入路４０へ冷却水が直接流入することはない。

以下では、レーザアレイユニット１０を冷却するときの冷却水の流れを説明する。外部のチラー装置に接続された冷媒供給管５２から冷媒入口３６に冷却水が供給されると、図５および図６において矢印で示されるように、冷却水は冷媒入口３６から冷媒導入路４０に流入し、ほぼＸ方向に沿って冷媒導入路４０内を流れる。冷却水の一部は、接続口３２内に配された冷媒流入管１６の中空部１７に流入する。この冷却水は、冷媒流入管１６を通ってヒートシンク１４内の流路に流れ込み、その流路に沿ってヒートシンク１４内を通過した後、冷媒流出管１８から排出される。冷却水は冷媒流出管１８の中空部１９を通って冷媒導出路４２に流れ込む。図５および図６において矢印で示されるように、冷媒導出路４２内の冷却水は冷媒出口３８に向かって流れ、冷媒出口３８から排出される。この冷却水は、冷媒排出管５４を通ってチラー装置に送られ、その後、再び冷媒供給管５２を通って冷却マニホールド３０に送り込まれる。こうして、冷却マニホールド３０およびヒートシンク１４内を冷却水が循環することになる。

以下では、本実施形態の利点を説明する。まず、本実施形態との比較のため、冷媒流出管１８が冷媒導入路４０を貫通することなく冷媒流出管１８を冷媒導出路４２に連通させる例を考える。この例では、冷媒導入路４０と冷媒導出路４２をＺ方向に沿って異なる高さに配置し、冷媒流出管１８を冷媒導入路４０の上または下を通過させて冷媒導出路４２まで延ばす必要がある。しかし、このような配置を採用すると、冷媒導入路４０と冷媒導出路４２の高さの違いに応じて冷却マニホールドの厚さが大きくなる。このため、レーザアレイモジュールを積み重ねたときに、レーザアレイユニット１０同士の間隔が広くなり、レーザアレイユニット１０の配列密度が低くなる。したがって、品質の良い固体レーザ用の励起光を得ることは難しい。

これに対して、本実施形態の冷却マニホールド３０は、冷媒流出管１８が冷媒導入路４０を貫通して冷媒導出路４２まで延在するように配置された連絡路４４を有している。このため、冷媒導入路４０と冷媒導出路４２を同じ高さに配置して、冷却マニホールド３０の厚さを抑えることができる。これにより、複数のレーザアレイモジュール１００を積み重ねたときに、レーザアレイユニット１０同士の間隔が狭くなり、レーザアレイユニット１０の配列密度が高くなる。この結果、照射面積が大きく品質の良い固体レーザ用の励起光を生成することができる。

引出電極２４および２６が冷却マニホールド３０の上面３０ａおよび下面３０ｂに設けられた溝３４に埋設されていることもレーザアレイユニット１０の間隔の縮小に寄与する。すなわち、引出電極２４および２６が冷却マニホールド３０の上面３０ａおよび下面３０ｂから突出していないため、レーザアレイモジュール１００を積み重ねたときに冷却マニホールド３０同士の間隔が引出電極の厚さだけ増すようなことはない。これにより、レーザアレイユニット１０の配列密度をいっそう高めることができる。

本実施形態では、冷媒流出管１８の延長部１８ｂが冷媒導入路４０内を通過するため、冷媒導入路４０において冷却水の流れが幾分妨げられ、圧損が生じる。しかし、延長部１８ｂは基部１８ａよりも細いので、圧損を充分に抑えることができる。

（第２実施形態）以下では、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態は、第１実施形態における冷媒流出管１８と異なる冷媒流出管を使用する。他の構成は第１実施形態と同じなので、重複する説明は省略する。

本実施形態のレーザアレイユニット１０は、冷媒流出管１８に代えて冷媒流出管４８を有している。図８は、レーザアレイユニット１０が取り付けられた冷却マニホールド３０の拡大断面図であり、図９は、図８の９−９線に沿った冷媒流出管４８の横断面図である。

図８に示されるように、冷媒流出管４８は、同軸に直列接続された基部４８ａと延長部４８ｂを有している。基部４８ａは冷媒流入管１６と実質的に同じ寸法形状を有している。言い換えると、冷媒流出管４８は、冷媒流入管１６の先端に延長部４８ｂが接続された構造を有している。第１実施形態における冷媒流出管１８と異なり、延長部４８ｂの横断面の外形は楕円形である（図９を参照）。延長部４８ｂは、円形の横断面を有する中空部４９を有している。中空部４９は冷媒流入管１６の中空部１７と同じ径を有している。基部４８ａと延長部４８ｂの間には、Ｏリング２０を取り付けるための縮径部４８ｃが設けられている。延長部４８ｂの先端（すなわち、冷媒流出管４８の先端）には、Ｏリング２２を取り付けるための縮径部４８ｄが設けられている。

接続口３３に冷媒流出管４８が挿入されると、冷媒流出管４８は冷媒導入路４０を貫通し、連絡路４４を通じて冷媒導出路４２に連通する。冷媒流出管４８の基部４８ａは接続口３３に収容され、延長部４８ｂは冷媒導入路４０および連絡路４４内に延在する。延長部４８ｂの先端に取り付けられたＯリング２２は、連絡路４４の内面と延長部４８ｂの外面との間に挟まれる。それによって連絡路４４が封止され、冷媒導入路４０と冷媒導出路４２とが互いに隔離される。

本実施形態でも、冷媒流出管４８の延長部４８ｂが冷媒導入路４０を貫通するため、冷媒導入路４０において冷却水の流れが幾分妨げられ、圧損が生じる。しかし、延長部４８ｂは楕円形の横断面を有しているので、圧損を抑えることができる。すなわち、図９に示されるように、延長部４８ｂの横断面の長軸が冷媒導入路４０において冷却水が流れる方向（Ｘ方向）を向くように冷媒流出管４８ｂが配置されると、延長部４８ｂが冷却水の流れを妨げにくい。これにより圧損を抑えることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

上記実施形態では、延長部を有さない冷媒流入管１６が冷媒導入路４０に連通し、延長部１８ｂを有する冷媒流出管１８が冷媒導入路４０を貫通して冷媒導出路４２に連通する。しかし、逆に、冷媒導入路と冷媒導出路の位置を入れ替え、冷媒流入管に延長部を設け、その延長部が冷媒導出路を貫通して冷媒導入路に連通してもよい。この場合、冷媒流出管は延長部を有さず、接続口を通って冷媒導出路に連通する。

レーザアレイモジュールを示す概略斜視図である レーザアレイユニットを示す平面図である。 （ａ）は冷媒流入管の横断面図であり、（ｂ）は冷媒流出管の横断面図である。 図１の４−４線に沿った冷却マニホールドの概略断面図である。 （ａ）は、レーザアレイユニットが取り付けられた冷却マニホールドの概略断面図であり、（ｂ）は、冷却マニホールドの背面図である。 レーザアレイユニットが取り付けられた冷却マニホールドの拡大断面図である。 図６の７−７線に沿った冷却マニホールドの断面図である。 レーザアレイユニットが取り付けられた冷却マニホールドの拡大断面図である。 図８の９−９線に沿った冷媒流出管の横断面図である。

符号の説明

１０…レーザアレイユニット、１２…ＬＤバーパッケージ、１４…ヒートシンク、１６…冷媒流入管、１８…冷媒流出管、２４および２６…引出電極、３０…冷却マニホールド、３２および３３…接続口、３６…冷媒入口、３８…冷媒出口、４０…冷媒導入路、４２…冷媒導出路、４４…連絡路、５２…冷媒供給管、５４…冷媒排出管、１００…レーザアレイモジュール。

Claims (8)

1. ｎ個（ｎは２以上の整数）のレーザアレイユニットと、
   前記ｎ個のレーザアレイユニットが取り付けられた冷却マニホールドと、
   を備えるレーザアレイモジュールであって、
   前記レーザアレイユニットの各々は、
   複数のレーザダイオードを有するレーザアレイと、
   前記レーザアレイに取り付けられ、冷媒流路を有するヒートシンクと、
   前記冷媒流路に連通し、前記ヒートシンクから延びる第１および第２の冷媒流通管と、
   を有しており、
   前記冷却マニホールドは、
   前記ｎ個のレーザアレイユニットの前記第１および第２の冷媒流通管がそれぞれ挿入され、一次元的に配列された２ｎ個の接続口と、
   前記２ｎ個の接続口に沿って延在する第１の冷媒流路と、
   前記２ｎ個の接続口に沿って延在し、前記第１の冷媒流路よりも前記２ｎ個の接続口から遠ざけて配置された第２の冷媒流路と、
   前記第１および第２の冷媒流路の一方に接続された冷媒入口と、
   前記第１および第２の冷媒流路の他方に接続された冷媒出口と、
   前記第１および第２の冷媒流路の間に延在するｎ本の連絡路と、
   を有しており、
   前記２ｎ個の接続口の各々は、前記第１の冷媒流路まで延在しており、
   前記第１の冷媒流通管は、前記接続口を通じて前記第１の冷媒流路に連通しており、
   前記第２の冷媒流通管は、前記接続口および前記第１の冷媒流路を貫通し、前記連絡路を通じて前記第２の冷媒流路に連通している、
   レーザアレイモジュール。
2. 前記ｎ個のレーザアレイユニットの各々は、前記レーザアレイに電気的に接続された引出電極をさらに有しており、
   前記冷却マニホールドは、前記引出電極が埋設された溝を有している、
   請求項１に記載のレーザアレイモジュール。
3. 前記冷却マニホールドは、実質的に平行な上面および下面を含む板状の形状を有し、前記レーザアレイユニットの厚さ以下の厚さを有している、請求項１または２に記載のレーザアレイモジュール。
4. 前記第２の冷媒流通管は、前記接続口に収容された第１の外径を有する基部と、前記基部から延在し、前記第１の外径より小さい第２の外径を有する延長部とを有しており、
   前記延長部は、前記第１の冷媒流路を貫通して前記連絡路まで延在し、前記第２の冷媒流路に連通している、
   請求項１〜３のいずれかに記載のレーザアレイモジュール。
5. 前記第２の冷媒流通管は、前記接続口に収容された基部と、前記基部から延在する延長部とを有しており、
   前記延長部は、楕円形の横断面を有しており、第１の冷媒流路を貫通して前記連絡路まで延在し、前記第２の冷媒流路に連通している、
   請求項１〜３のいずれかに記載のレーザアレイモジュール。
6. ｎ個（ｎは２以上の整数）のレーザアレイユニットが取り付けられるべき冷却マニホールドであって、
   前記レーザアレイユニットの各々は、複数のレーザダイオードを有するレーザアレイと、前記レーザアレイに取り付けられ、冷媒流路を有するヒートシンクと、前記冷媒流路に連通し、前記ヒートシンクから延びる第１および第２の冷媒流通管とを有しており、
   前記ｎ個のレーザアレイユニットの前記第１および第２の冷媒流通管がそれぞれ挿入されるべき一次元的に配列された２ｎ個の接続口と、
   前記２ｎ個の接続口に沿って延在する第１の冷媒流路と、
   前記２ｎ個の接続口に沿って延在し、前記第１の冷媒流路よりも前記ｎ個のレーザアレイユニットから遠ざけて配置された第２の冷媒流路と、
   前記第１および第２の冷媒流路の一方に接続された冷媒入口と、
   前記第１および第２の冷媒流路の他方に接続された冷媒出口と、
   前記冷媒導入路および前記冷媒導出路の間に延在するｎ本の連絡路と、
   を備え、
   前記２ｎ個の接続口の各々は、前記第１の冷媒流路まで延在しており、
   前記ｎ本の連絡路は、前記２ｎ個の接続口に前記第１および第２の冷媒流通管が挿入されたときに、前記第１の冷媒流通管が前記接続口を通じて前記第１の冷媒流路に連通するとともに、前記第２の冷媒流通管が前記接続口および前記第１の冷媒流路を貫通し、前記連絡路を通じて前記第２の冷媒流路に連通するように配置されている、
   冷却マニホールド。
7. 前記ｎ個のレーザアレイユニットの各々は、前記レーザアレイに電気的に接続された引出電極をさらに有しており、
   前記引出電極が埋設されるべき溝をさらに備える請求項６に記載の冷却マニホールド。
8. 実質的に平行な上面および下面を含む板状の形状を有し、前記冷却マニホールドに取り付けられた前記レーザアレイユニットの厚さ以下の厚さを有する請求項６または７に記載の冷却マニホールド。
   

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