JPH0797667B2

JPH0797667B2 - レーザ発振器用冷却装置

Info

Publication number: JPH0797667B2
Application number: JP63059757A
Authority: JP
Inventors: 周治小川; 貴由工藤; 司松野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-03-14
Filing date: 1988-03-14
Publication date: 1995-10-18
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPH01232779A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明はレーザ発振器用冷却装置に関するものであ
り、特に、レーザ発振器の励起媒質及び共振器ミラーの
双方の冷却が可能なレーザ発振器用冷却装置に関するも
のである。

［従来の技術］第２図は従来のレーザ発振器用冷却装置を示す構成図、
第３図は第２図のレーザ発振器を示す拡大断面図であ
る。

図において、（１）はレーザ発振器、（２）はレーザ発
振器（１）の外郭を構成する箱体、（３）は箱体（２）
内で所定の間隔を隔てて並設した放電電極、（４）はレ
ーザ発振器（１）の励起媒質を熱交換により冷却する熱
交換器、（５）は励起媒質を循環させるブロア、（６）
は放電電極（３）間の放電用の空間である放電空間、
（７）は共振器ミラーの一方のミラーである全反射鏡、
（８）は全反射鏡（７）と対向する共振器ミラーの他方
のミラーである部分反射鏡である。（９）は励起媒質冷
却用の冷却水及び共振器ミラー冷却用の冷却水を各々冷
却し送水する冷却装置、（10）は励起媒質冷却用の冷却
水を冷却するチリングユニット、（11）は熱交換器
（４）に冷却水を送水するポンプ、（12）は共振器ミラ
ー冷却用の冷却水を冷却するファンクーラー、（13）は
共振器ミラーである全反射鏡（７）及び部分反射鏡
（８）に冷却水を送水するポンプである。

なお、図中、実線は励起媒質冷却系統（Ａ）を示し、破
線は共振器ミラー冷却系統（Ｂ）を示す。

従来のレーザ発振器用冷却装置は上記のように構成され
ており、レーザ発振器（１）の励起媒質を冷却する励起
媒質冷却系統（Ａ）と、共振器ミラーを冷却する共振器
ミラー冷却系統（Ｂ）とを有している。そして、この励
起媒質冷却系統（Ａ）と共振器ミラー冷却系統（Ｂ）
は、各々別系統からなり分離状態で配設されている。

ここで、レーザ発振器（１）の励起媒質の温度状態につ
いて述べる。

この励起媒質にはCO₂ガス等の媒質ガスが用いられてお
り、レーザ発振器（１）の箱体（２）内に封入されてい
る。この励起媒質である媒質ガスは、放電電極（３）間
に挟まれた放電空間（６）の放電エネルギーにより励起
状態となる。また、レーザ発振器（１）の長手方向に
は、全反射鏡（７）及び部分反射鏡（８）からなる共振
器ミラーが配設されている。したがって、励起状態とな
った媒質ガスは誘導放出現象によりレーザエネルギーを
レーザ光として部分反射鏡（８）側から放出される。こ
のレーザ光として放出されるレーザエネルギーは、放電
エネルギーの10〜20％程度であり、この他のエネルギー
は媒質ガスに熱エネルギーとして蓄えられる。このた
め、レーザ発振器（１）の箱体（２）内の媒質ガスは極
めて高温になる。

次に、従来のレーザ発振器用冷却装置によるレーザ発振
器（１）の励起媒質及び共振器ミラーの各冷却動作につ
いて説明する。

まず、高温化された励起媒質の冷却動作について述べ
る。

このレーザ発振器（１）では、高温となった励起媒質は
熱交換器（４）により冷却水と熱交換して冷却される。
同時に、励起媒質はブロア（５）により箱体（２）内を
循環し、温度の均一化が図られている。したがって、熱
交換器（４）で熱交換後の冷却水は高温になる。この高
温となった冷却水は、励起媒質冷却系統（Ａ）で冷却さ
れる。即ち、高温となった冷却水はチリングユニット
（10）で冷却されて低温の冷却水になり、再び、熱交換
器（４）に送水される。このように、この種のレーザ発
振器用冷却装置では、熱交換器（４）に冷却水を循環さ
せて、レーザ発振器（１）の励起媒質を冷却している。

次に、レーザ発振器（１）の共振器ミラーの冷却につい
て述べる。

この種のレーザ発振器（１）では共振器ミラーも高温に
なる。そこで、この共振器ミラーの全反射鏡（７）及び
部分反射鏡（８）を冷却する必要がある。この冷却は共
振器ミラー冷却系統（Ｂ）により冷却水を循環させて行
なっている。そして、全反射鏡（７）及び部分反射鏡
（８）で熱交換されて高温となった冷却水を、ファンク
ーラー（12）で冷却し、再び、全反射鏡（７）及び部分
反射鏡（８）に送水している。このファンクーラー（1
2）では冷却水を室温で冷却している。これは、室温よ
りも低い温度で冷却すると、冷却水の水温が低温になり
過ぎ、部分反射鏡（８）のビーム取出し面側が結露し、
レーザ光を吸収して破損する虞れがあるからである。こ
のように、この種のレーザ発振器用冷却装置では、共振
器ミラー冷却系統（Ｂ）によりレーザ発振器（１）の共
振器ミラーを冷却している。

［発明が解決しようとする課題］上記のような従来のレーザ発振器用冷却装置では、レー
ザ発振器（１）の励起媒質を冷却する励起媒質冷却系統
（Ａ）と、共振器ミラーを冷却する共振器ミラー冷却系
統（Ｂ）とは、３各々別系統からなり分離状態で配設さ
れていた。特に、共振器ミラー冷却系統（Ｂ）の冷却水
の冷却にはファンクーラー（12）が採用されており、室
温による冷却を行なっていた。

したがって、共振器ミラー冷却系統（Ｂ）の冷却水の水
温は、室温の変化に応じて変化していた。このため、そ
の都度、共振器ミラーの据付角度等が影響を受け、レー
ザ出力が不安定となる要因となっていた。

一方、特許公報をみてみると、特開昭57−45988号公報
には、レーザ管、光学部品及びレーザ管と光学部品をそ
れぞれ冷却する冷却手段を具備したレーザ発振器におい
て、前記レーザ管冷却手段と光学部品冷却手段とに異な
る温度の冷却液を供給するレーザ発振器が開示されてい
る。

また、特開昭56−17092号公報には、レーザ管をとり囲
む冷却水路からの冷却排水の温度を温度検出器によって
検出し、その出力信号により冷却水温制御回路を働かせ
冷却温度が規定値を越えないようにした技術が開示され
ている。

上記公報に掲載の技術は、いずれもレーザ管の冷却に関
するものであり、何れも冷却液により冷却を行なうもの
である。したがって、冷却液の制御は独立及び共通化さ
せてもその制御が簡単化できる。

しかし、高温となった励起媒質を熱交換器（４）により
冷却水と熱交換して冷却するレーザ発振器（１）では、
励起媒質をブロア（５）により箱体（２）内を循環させ
て温度の均一化を図る必要があり、また、共振器ミラー
の全反射鏡（７）及び部分反射鏡（８）はファンクーラ
ー（12）で冷却し、再び、全反射鏡（７）及び部分反射
鏡（８）に送水し、冷却水の水温が低温になり過ぎない
ようにする必要がある。特に、全反射鏡（７）及び部分
反射鏡（８）の冷却水の水温が低温になり過ぎると、部
分反射鏡（８）のビーム取出し面側が結露し、レーザ光
を吸収して破損する虞れがある。

このため、共振器ミラー冷却系統（Ｂ）の冷却水の水温
を安定させ、共振器ミラーが安定冷却できるようにする
ことが望まれていた。

そこで、この発明は、共振器ミラー冷却系統の冷却水の
水温調整を可能にし、レーザ発振器の励起媒質を冷却
し、両者を調和のとれた冷却状態とし、レーザ出力を安
定させるレーザ発振器用冷却装置を得ることを課題とす
る。

［課題を解決するための手段］この発明にかかるレーザ発振器用冷却装置は、共振器ミ
ラー冷却系統の冷却水の加温が可能なヒータ等の加熱手
段と、励起媒質冷却系統の冷却水の一部をシスターンタ
ンクに供給する供給量の調整が可能な電磁バルブと、前
記共振器ミラー冷却系統の冷却水の温度に応じて加熱手
段の作動を適宜制御するとともに電磁バルブの開閉動作
を適宜制御可能な温度調節器とを有する共振器ミラー冷
却系統の冷却水温度調整手段からなるものである。

［作用］この発明のレーザ発振器用冷却装置においては、レーザ
発振器の励起媒質を直接冷却する励起媒質冷却系統の冷
却水の一部を電磁バルブを介して、レーザ発振器の共振
器ミラーである全反射鏡及び部分反射鏡を冷却する共振
器ミラー冷却系統に供給可能にし、共振器ミラー冷却系
統の冷却水の温度に応じて、共振器ミラー冷却系統の冷
却水を加温するヒータ等の加熱手段の作動を適宜制御す
るとともに電磁バルブの開閉動作も適宜制御して、共振
器ミラー冷却系統の冷却水の温度調整を行うものである
から、共振器ミラー冷却系統の冷却水の温度調整が励起
媒質冷却系統を利用でき、室温等に影響されることな
く、一定温度の冷却水で共振器ミラーの冷却ができる。

［実施例］第１図はこの発明の一実施例であるレーザ発振器用冷却
装置を示す構成図である。なお、図中、（10）、（11）
及び（13）は上記従来例の構成部分と同一または相当す
る構成部分である。また、図中、実線は励起媒質冷却系
統（Ａ）を示し、破線は共振器ミラー冷却系統（Ｂ）を
示す。

図において、（14）は共振器ミラー冷却系統（Ｂ）の冷
却水を一時的に貯溜するシスターンタンク、（15）は共
振器ミラー冷却系統（Ｂ）の冷却水の加温が可能なヒー
タ、（16）は励起媒質冷却系統（Ａ）の冷却水の一部を
シスターンタンク（14）に供給する供給量の調整が可能
な電磁バルブ、（17）は共振器ミラー冷却系統（Ｂ）の
冷却水の水温に応じてヒータ（15）の作動を適宜制御す
るとともに電磁バルブ（16）の開閉動作を適宜制御可能
な温度調節器である。そして、このヒータ（15）と電磁
バルブ（16）と温度調節器（17）とで共振器ミラー冷却
系統（Ｂ）の冷却水温度調整手段を構成している。な
お、この共振器ミラー冷却系統（Ｂ）のポンプ（13）に
は、二つの働きがある。一つは、シスターンタンク（1
4）の冷却水をレーザ発振器（１）の熱交換器（４）に
送水する働きであり、いま一つは、ヒータ（15）を介し
てシスターンタンク（14）に循環させる働きである。

この実施例のレーザ発振器用冷却装置は、上記のように
構成されており、レーザ発振器（１）の励起媒質を冷却
する励起媒質冷却系統（Ａ）と、共振器ミラーを冷却す
る冷却水の温度調整が可能な共振器ミラー冷却系統
（Ｂ）とを有している。

即ち、本実施例のレーザ発振器用冷却装置は、レーザ発
振器（１）の励起媒質を直接冷却すべく循環させる熱交
換器（４）及びブロア（５）と、前記熱交換器（４）に
冷却水を送水するポンプ（11）と、前記冷却水を冷却す
るチリングユニット（10）とを有する励起媒質冷却系統
（Ａ）と、前記レーザ発振器（１）の共振器ミラーであ
る全反射鏡（７）及び部分反射鏡（８）に冷却水を送水
するポンプ（13）と、前記冷却水を一時的に貯溜するシ
スターンタンク（14）とを有する共振器ミラー冷却系統
（Ｂ）と、前記共振器ミラー冷却系統（Ｂ）の冷却水の
加温が可能なヒータ（15）からなる加熱手段と、前記励
起媒質冷却系統（Ａ）の冷却水の一部をシスターンタン
ク（14）に供給する供給量の調整が可能な電磁バルブ
（16）と、前記共振器ミラー冷却系統（Ｂ）の冷却水の
温度に応じてビータ（15）からなる加熱手段の作動を適
宜制御するとともに、電磁バルブ（16）の開閉動作を適
宜制御可能な温度調節器（17）とを有する共振器ミラー
冷却系統（Ｂ）の冷却水温度調整手段とを具備するもの
である。

次に、このレーザ発振器用冷却装置の共振器ミラー冷却
系統（Ｂ）の冷却水の温度調整動作について説明する。

まず、共振器ミラー冷却系統（Ｂ）内の冷却水の温度を
温度調節器（17）により設定する。

例えば、共振器ミラーに送水する共振器ミラー冷却系統
（Ｂ）の冷却水の温水が、温度調節器（17）の設定値よ
りも高い場合には、温度調節器（17）から電磁バルブ
（16）に作動信号が送信される。そして、電磁バルブ
（16）は開放状態となり、励起媒質冷却系統（Ａ）のチ
リングユニット（10）で低温となった冷却水の一部が、
ポンプ（11）によりシスターンタンク（14）に供給され
る。この結果、共振器ミラー冷却系統（Ｂ）の冷却水の
水温は全体的に低下する。

なお、励起媒質冷却系統（Ａ）は閉ループであるので、
励起媒質冷却系統（Ａ）から減少した冷却水は、シスタ
ーンタンク（14）から同量補給される。

一方、逆に、共振器ミラーに送水する共振器ミラー冷却
系統（Ｂ）の冷却水の温水が温度調節器（17）の設定値
よりも低い場合には、温度調節器（17）からヒータ（1
5）に作動信号が送信される。そして、ヒータ（15）に
より冷却水を加温し、この加温後の冷却水がシスターン
タンク（14）に還元される。この結果、共振器ミラー冷
却系統（Ｂ）の冷却水の水温は、全体的に上昇する。

上記の動作を適宜行なうことにより、共振器ミラー冷却
系統（Ｂ）の冷却水の温度を調整し、温度調節器（17）
の設定温度にする。そして、共振器ミラー冷却系統
（Ｂ）の冷却水の水温を一定に保つことができる。した
がって、共振器ミラー冷却系統（Ｂ）の冷却水の水温
は、室温が変化しても影響を受けず、一定の温度状態を
維持できる。このため、共振器ミラーの安定した冷却が
でき、従来例のように共振器ミラーの据付角度等が影響
を受けることもなく、レーザ発振器（１）のレーザ出力
が極めて安定する。

しかも、この実施例では、共振器ミラー冷却系統（Ｂ）
の冷却水の水温の調整を、励起媒質冷却系統（Ａ）を利
用して行なうことにより、一つのチリングユニット（1
0）で冷却水の冷却もできるので、極めて安価な装置と
なる。

ところで、上記実施例では、温度調節器（17）によりヒ
ータ（15）及び電磁バルブ（16）の双方を制御し、冷却
水の温度調整を行なうものについて説明した。しかし、
必ずしも、ヒータ（15）及び電磁バルブ（16）の双方を
制御する必要はない。例えば、ヒータ（15）がない状態
でも、共振器ミラーの負荷を利用して冷却水の温度調整
を行なうことができる。

また、ヒータ（15）の加温能力、電磁バルブ（16）によ
る冷却能力、及び共振器ミラーの負荷等の各種の条件の
相違により、ヒータ（15）のみによる制御、或いは、電
磁バルブ（16）のみによる制御であっても、冷却水の温
度調整ができる。

例えば、ヒータ（15）の加温能力をＨとし、電磁バルブ
（16）による冷却能力をＶとし、共振器ミラーの負荷を
Ｍとすると、Ｈ＋Ｍ＜Ｖの場合には、電磁バルブ（16）
のみの制御により、冷却水の温度調整ができる。ただ
し、この場合には、ヒータ（15）はON状態である。

一方、Ｖ−Ｍ＜Ｈの場合には、ヒータ（15）のみの温度
調節により、冷却水の温度調整ができる。ただし、この
場合には、電磁バルブ（16）は開放状態である。

このように、前記ヒータ（15）は共振器ミラー冷却系統
（Ｂ）の冷却水を加温できる加熱手段であればよい。

上記の各制御状態においても、上記実施例と同様の効果
を奏し、一定温度の冷却水により、共振器ミラーの安定
した冷却ができ、レーザ発振器（１）のレーザ出力が極
めて安定する。

［発明の効果］以上説明したとおり、この発明のレーザ発振器用冷却装
置は、温度調節器で共振器ミラー冷却系統の冷却水の温
度に応じて、共振器ミラー冷却系統の冷却水の加温が可
能な加熱手段の作動を適宜制御するとともに、励起媒質
冷却系統の冷却水の一部を共振器ミラー冷却系統に供給
する供給量の調整が可能な電磁バルブの開閉動作を適宜
制御するという簡単な装置により、共振器ミラー冷却系
統の冷却水の温度調整が励起媒質冷却系統を利用でき、
しかも、室温等が変化しても一定温度の冷却水で共振器
ミラーの冷却ができるので、レーザ発振器のレーザ出力
が極めて安定する。故に、共振器ミラー冷却系統の冷却
水の水温調整を可能にし、レーザ発振器の励起媒質を冷
却し、両者を調和のとれた冷却状態とし、レーザ出力を
安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例であるレーザ発振器用冷却
装置を示す構成図、第２図は従来のレーザ発振器用冷却
装置を示す構成図、第３図は第２図のレーザ発振器を示
す拡大断面図である。図において、１……レーザ発振器、４……熱交換器、５……ブロア、
７……全反射鏡、８……部分反射鏡、10……チリングユ
ニット、11,13……ポンプ、14……シスターンタンク、1
5……ヒータ、16……電磁バルブ、17……温度調節器、
Ａ……励起媒質冷却系統、Ｂ……共振器ミラー冷却系統である。なお、図中、同一符号及び同一記号は、同一または相当
部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ発振器の励起媒質を直接冷却すべく
循環させる熱交換器及びブロアと、前記熱交換器に冷却
水を送水するポンプと、前記冷却水を冷却するチリング
ユニットとを有する励起媒質冷却系統と、前記レーザ発振器の共振器ミラーである全反射鏡及び部
分反射鏡に冷却水を送水するポンプと、前記冷却水を一
時的に貯溜するシスターンタンクとを有する共振器ミラ
ー冷却系統と、前記共振器ミラー冷却系統の冷却水の加温が可能な加熱
手段と、前記励起媒質冷却系統の冷却水の一部をシスタ
ーンタンクに供給する供給量の調整が可能な電磁バルブ
と、前記共振器ミラー冷却系統の冷却水の温度に応じて
加熱手段の作動を適宜制御するとともに、電磁バルブの
開閉動作を適宜制御可能な温度調節器とを有する共振器
ミラー冷却系統の冷却水温度調整手段とを具備することを特徴とするレーザ発振器用冷却装置。