JPWO2004084364A1 - レーザ発振器 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1 : 特開2000−277837号公報(図4)
従来のLD励起固体レーザ装置においては、励起光を固体レーザ媒質近傍へ閉じ込めるための集光器、並びに固体レーザ媒質を水冷するためのフローチューブを、励起部を支持する側板に直接固定する構造となっていたため、精度よく、かつ簡易に、励起部を組み立てることが難しいという問題点があった。
また、励起光源であるLDと、固体レーザ媒質を冷却する冷却水の配管系統が独立しており、固体レーザ媒質に対する冷却水は、励起部を支持する側板を介して給排水するのに対し、LDに対する冷却には別個に配管を設け、冷却水を給排水する必要がある。このため、従来のLD励起固体レーザ装置は、複数の冷却系統に応じた配管部品が必要になり、部品点数及び組立工数が増加するという問題点があった。
また冷却水を供給するための配管部が水漏れの原因となり、LD励起固体レーザ装置の信頼性低下の原因になるという問題点があった。
この目的を達成するために、第1の観点によれば、レーザ媒質を格納する貫通穴を有し、この貫通穴へ励起光源モジュールからの励起光を導入するための開口が設けられた集光器ブロックと、この集光器ブロックの端部に固定され、冷却水を上記集光器ブロック及び上記励起光源モジュールに導く冷却水路が形成された端板と、この端板により固定及びシールされ、上記レーザ媒質に対する冷却水路を形成するフローチューブと、上記端板の励起光源モジュール側冷却水路と連通し、励起光源を冷却する冷却水路が形成された励起光源モジュールと、を備えた。
また、励起光源モジュールは、固定手段を介して端板に固定するものである。
さらに、集光器ブロックへの冷却水の供給は、端板前面からフローチューブ内に供給され、励起光源モジュールへの冷却水の供給は、端板前面から端板側面にバイパスされ供給されるものである。
また、端版に集光器ブロック内部に流す冷却水供給口を設け、端板からの冷却水で上記集光器ブロックを冷却するものである。
また、固体レーザ媒質を格納する貫通穴を有し、この貫通穴へ励起光源モジュールからの励起光を導入するための開口が設けられた集光器ブロックと、この集光器ブロックの一端に固定され、冷却水を上記集光器ブロック及び上記励起光源モジュールに導く冷却水路が形成された給水板と、上記集光器ブロックの他端に固定され、上記集光器ブロック及び上記励起光源モジュールを冷却した冷却水を排水する排水路が形成された排水板と、この給水板及び排水板により固定及びシールされ、上記固体レーザ媒質に対する冷却水路を形成するフローチューブと、上記給水板及び排水板の励起光源モジュール側水路と連通し、励起光源を冷却する冷却水路が形成された励起光源モジュールと、上記上記集光器ブロックの端部を固定すると共に、冷却水の給水継手、及び排水継手がそれぞれ設けられた側板と、上記固体レーザ媒質の両端部を固定すると共に供給、排出される冷却水の流路を上記側板とで囲まれた空間でシールする固体レーザ媒質固定具と、を備えたものである。
また、側板と、給水板或いは排水板とを一体成形し、ひとつの固定手段により固体レーザ媒質固定具、側板、集光器ブロックを固定するものである。
さらにまた、集光器ブロックを拡散反射材であるセラミックを使用するものである。
第2図は、この発明の実施の形態1における集光器ブロックの詳細構造を示す斜視図である。
第3図は、この発明の実施の形態1における集光器モジュールに対し、励起光源であるLDモジュールを固定する方法を示す斜視図である。
第4図は、この発明の実施の形態1における集光器モジュール及びLDモジュールを使用した、LD励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。
第5図は、この発明の実施の形態2におけるLD励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。
第6図は、この発明の実施の形態3におけるLD励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。この発明によるユニット装置、及び設定装置を使用したユニット情報設定システムを示す全体構成図である。
第1図は、この発明の実施の形態1における集光器モジュールを示す斜視図である。
第1図において、四角柱形状を有する集光器ブロック1は、セラミックからなる拡散反射材にて構成されている。そして、集光器ブロック1の4つの側面には、スリット状の開口102が設けられている。
集光器ブロック1の一方の端部に固定された給水板2には、正面中央部分にロッド給水口201及びLD給水口202が、側面にLD冷却水流出口203が設けられ、給水板2内部において、LD給水口202とLD冷却水流出口203が通ずるよう流路が形成されている。また、給水板2には、励起光源であるLDモジュールを固定するためのLD固定用ネジ穴204、集光器ブロック1を給水板2に固定するための集光器固定用穴205、給排水側板との結合するための側いた固定用穴206が形成されている。
3は集光器ブロック1のもう一方の端部に固定された給水板2と対称な形状及び構造を有する排水板であり、給水板2のロッド給水口201に対応するロッド排水口301、LD給水口202に対応するLD排水口302、排水板3の側面に設けられたLD冷却水流入口303、排水板3に設けられたLD固定用ネジ穴304、集光器固定用穴305が形成されている。
第2図は、第1図において示した集光器モジュールにて使用している集光器ブロック1の詳細構造を示す斜視図である。
第2図において、101は集光器ブロック1の中央を貫通する貫通穴で、集光器ブロック1の側面に設けられたスリット状の開口102は、貫通穴101にまで達するよう形成されている。
103は集光器ブロックの一方の端部に設けられた給水板2を固定するための給水板固定用ネジ穴で、集光器ブロック1のもう一方の端部には、排水板3を固定する排水板固定用ネジ穴が設けられ、それぞれ集光器固定用穴205、305と対応している。
4は集光器ブロック1の貫通穴101中に配せられたフローチューブであり、励起光源として使用するLDの波長に対し、透明な材料より構成されており、本実施の形態においては、フローチューブ4の材料として石英を使用している。
またフローチューブ4の両端部は、給水板2及び排水板3にて、シール及び固定される。
第3図は、第1図にて示した集光器モジュールに対し、励起光源であるLDモジュールを固定する方法を示す斜視図である。
第3図において、励起光源であるLDモジュール5は、水冷ヒートシンク上に発光部本体であるLDバーを接合したLDパッケージ501を複数並列(本実施の形態では6台)に固定されている。
LDパッケージ5の水冷ヒートシンクは、マニホールド502から冷却水を供給されている。
また、マニホールド502には、LDモジュール5を集光器モジュール1に対し固定するためのLD固定用穴503が形成され、LD固定用ボルト507を用いて給水板2のLD固定用ネジ穴204、排水板3のLD固定用ネジ穴304に締結される。
この際、LDモジュール5の発光部と集光器ブロック1のスリット状の開口102は対向する位置に設定されており、LDモジュール5より発せられた励起光は、スリット状の開口102を通じて、第2図にて示した集光器ブロック1の貫通穴101中にまで達する。
またLDモジュール5のマニホールド502中には、冷却水の流路が設けられており、給水板2のLD冷却水流出口203からマニホールド中の流路を通じ、LDパッケージ501の水冷ヒートシンクへ冷却水が供給される。
そして、LDパッケージ501を冷却した冷却水は、マニホールド中の流路を通じ、排水板3のLD冷却水流入口303へ排出される。
なお第3図では、集光器モジュールの一側面にのみLDモジュール5を固定する方法を示しているが、残る3つの側面に対しても同一の方法にて、LDモジュール5を固定する。
第4図は、第1図乃至第3図において示した集光器モジュール及びLDモジュールを使用した、固体レーザ媒質を励起するLD励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。
本実施の形態においては、ロッド型の固体レーザ媒質6として、活性媒質としてNd(ネオジウム)をドープしたYAG(イットリウム・アルミニウムガーネット)結晶を使用している。
冷却水をシールするロッド固定具7は、固体レーザ媒質6の両端部を固定している。
給水側板8は、集光器モジュールの一方の端部を支持するとともに、集光器モジュールへ冷却水を供給するために設けられており、その内部には、冷却水を供給する給水用流路801、給水側板8側面の給水流路入口には給水用継手802が設置されている。
排水側板9は、集光器モジュールのもう一方の端部を支持するとともに、冷却水を排水するために設けられており、その内部には、冷却水を排出するための排水用流路901、排水側板9側面の排水流路出口には排水用継手902が設置されている。
また点線で示す504は同じく点線にて示すLDパッケージ501中に設けられた冷却水流路を模式的に示したものである。
マニホールド502中には、冷却水給水流路505、冷却水排水流路506が設けられている。
第4図においては、説明のためLD励起固体レーザ装置中の冷却水の流れを矢印にて示している。
給水側板8の給水用継手802から供給された冷却水は、給水流路801を経て集光器モジュール端部である給水板2にまで到達する。
給水板2に到達した冷却水は、ロッド給水口201とLD給水口202にそれぞれ分配される。
ロッド給水口201へ流入した冷却水は、固体レーザ媒質6外側面とフローチューブ4との隙間を通り、固体レーザ媒質6を冷却しながら集光器モジュールのもう一方の端部である排水板3へ到達し、ロッド排水口301より集光器モジュール外部へ排出される。
一方、LD給水口へ流入した冷却水は、LD冷却水流出口203よりLDモジュール5のマニホールド502に設けられた冷却水給水流路505中に供給される。
冷却水給水流路505中の冷却水は、LDパッケージ501のヒートシンク中の冷却水流路504を経て、冷却水排水流路506へ排出される。ここで、冷却水流路504を冷却水が通過する際に、LDパッケージ501は効果的に冷却される。
その後、冷却水排水流路506へ排出された冷却水は、集光器モジュールの排水板3に設けられた冷却水流入口303に流入し、排水板3のLD排水口302より集光器モジュール外部へ排出される。
LDモジュール5及び固体レーザ媒質6を冷却し、集光器モジュール外部へ排出された冷却水は、排水側板9の排水用流路901を経て、排水用継手902より、LD励起固体レーザ装置外部へ排出される。
なおLDモジュール5より発せられた励起光は、集光器ブロック1側面に設けられたスリット状の開口102より、集光器ブロック1の貫通穴101中へ達するとももに、フローチューブ4、冷却水を介して固体レーザ媒質6を励起する。
励起された固体レーザ媒質6内部には、レーザ準位に対応した反転分布が形成され、固体レーザ媒質6の前後に、全反射鏡と部分反射鏡からなる光共振器を配すことにより、励起された固体レーザ媒質6より、レーザ光を取り出すことができる。
なおLDモジュール5より発せられた励起光は、集光器ブロック1の貫通穴101中に効果的に閉じ込められるため、その大部分が固体レーザ媒質6によって吸収され、固体レーザ媒質6を効率よく励起することができる。
本実施の形態においては、集光器ブロック1の材料に、拡散反射材であるセラミックを使用しているため、固体レーザ媒質6を均一に励起し、効率よく集光性に優れたレーザ光を発生させることが容易になる。
本実施の形態に示す集光器モジュールにおいては、集光器ブロック1の側面に、集光器ブロックの貫通穴101中へ励起光を導入するためのスリット状の開口102を設け、かつ集光器ブロック1の両端部に給水板2及び排水板3を配し、給水板2及び排水板3の側面には、LDモジュール5を固定するための手段を設けているので、励起光源であるLDモジュール5の発光部を、集光器ブロック1のスリット状の開口102に対し簡易かつ精度よく設置し、効率よく励起光を集光器ブロック1の貫通穴101中へ導入するとともに、延いては効率よく均一に固体レーザ媒質6を励起し、集光性に優れたレーザ光を安定に発生させることが可能になる。
更に給水板2及び排水板3の前面には、LD給水口202、LD排7水口302、給水板2の側面にはLD給水口と通じたLD冷却水流出口203、排水板3の側面にはLD排水口302と通じるLD冷却水流入口303を設けているので、LD冷却水流出口203及びLD冷却水流入口303より、LDモジュール5のマニホールド502へ、直接冷却水を給排水する構成としているため、簡易な構成のもとでLDモジュールに対し、冷却水を給排水することができる。
またLDモジュールに対する冷却水の給排水に、特別な配管等を設ける必要がないため、LD励起固体レーザ装置の部品点数、組立工数が低減し、製造コストの削減を図ることが可能になるとともに、LDモジュール5へ冷却水を供給する配管等が不要になるため、冷却水漏れに対する信頼性の向上も図ることができる。
加えてLDモジュールに対する冷却水供給時の水路の圧損が低減するため、冷却水を供給するポンプに対する要求性能が緩和され、冷却水供給装置の小型化、製造コストの削減を図ることができる。
また、集光器モジュールの一方の端部を内部に給水用流路801を有する給水側板8、もう一方の端部を内部に排水用流路901を有する排水側板9にて支持し、ロッド固定具7を使用して、給水側板8及び排水側板9に対し、固体レーザ媒質6を固定、シールし、LD励起固体レーザ装置を構成すれば、給水側板8の給水用流路801、排水側板9の排水流路901を介して、固体レーザ媒質6及びLDモジュール5に対する冷却水の給排水を行えば、LD励起固体レーザ装置に対し外部より供給する冷却系統を、固体レーザ媒質6とLDモジュールに分けることなく、1系統にて両者に冷却水を給排水することが可能になるため、該LD励起固体レーザ装置を用いたレーザシステムの冷却構成を簡易にし、製造コストの低減、信頼性の向上を図ることができる。
なお、固体レーザ媒質6及びLDモジュール5に対する冷却水流量は、給水板2、排水板3に設けたロッド給水口201及びロッド排水口301、LD給水口202及びLD排水口302、LDモジュール5のマニホールド502中の冷却水給水流路505及び排水用流路506等、冷却水の給排水に係る流路の断面積により、所望する流量に調整、分配することが可能であることは言うまでもない。
実施の形態2.
第5図は、この発明の実施の形態2におけるLD励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。
本実施の形態における集光器モジュール及びLD励起固体レーザ装置は、第4図にて示した実施の形態1のLD励起固体レーザ装置と同様な構成を有することに加え、給水板2に集光器ブロック給水口205、排水板3に集光器ブロック排水口306を設け、また集光器ブロック1中には、給水板2の集光器ブロック給水口205、及び排水板3の集光器ブロック排水口306に合致する位置に、貫通穴からなる集光器冷却水流路104を設けている。
本実施の形態においては、給水板2及び排水板3を介し、固体レーザ媒質6、LDモジュール5と同時に、集光器ブロック1に対しても冷却水の給排水を行い、集光器ブロック1の水冷を行っている。
本実施の形態における集光器モジュールにおいては、実施の形態1の集光器モジュールと同様な効果が得られるばかりでなく、集光器ブロック1を水冷することが可能になるため、励起光吸収による集光器ブロック1の発熱を効果的に抑制するとともに、集光器ブロックの熱変形を抑え、常に安定して固体レーザ媒質の励起を行うことができる。
更に、集光器ブロック1の発熱が効果的に抑制されるため、熱変形を抑え、集光器ブロック1の貫通穴101内面の反射率低下を防止し、常に高い励起光閉じ込め効果を維持し、固体レーザ媒質6を効率よく励起することが可能になるため、LD励起固体レーザ装置の信頼性を向上させることができる。
また集光器ブロック1に対する冷却水も、給水板2及び排水板3を介して給排水するため、集光器ブロック1の水冷に対し、配管等を別途設ける必要がなく、水漏れに対する信頼性が向上するとともに、部品点数、組立工数を低減し、製造コストの削減を図ることができる。
実施の形態3.
第6図は、この発明の実施の形態3におけるLD励起固体レーザ装置の構成を示す断面模式図である。
本実施の形態においては、給水板2が給水側板8を、排水板3が排水側板9を兼ねる構成としている。
その構成に関しては、実施の形態2と同様である。
本実施の形態に示すように、給水板2が給水側板8を、排水板3が排水側板9を兼ねる構成とすれば、前記実施の形態2と同様な効果が得られるばかりでなく、更に部品点数、組立工数の低減が可能となり、製造コストの削減を図ることができる。
加えて、集光器モジュールに対する固体レーザ媒質6の設置精度が向上するとともに、給水板2の給水側板8への固定部、及び排水板3の排水側板9への固定部における水漏れリスクが解消されるため、更にLD励起固体レーザ装置の信頼性を向上させることができる。
なお上記実施の形態においては、四角柱形状の集光器ブロック1を使用し、集光器ブロック1の4側面にLDモジュール5を配し、固体レーザ媒質6を励起する構成を示したが、集光器ブロックの形状、LDモジュールの数はこれに限るものではなく、例えば、8個のLDモジュールを使用する場合には、八角柱形状の集光器ブロックを使用し、集光器ブロックの8側面に対し、LDモジュールを設置すれば、上記実施の形態と同様な効果が得られることに加え、固体レーザ媒質を高密度励起し、更に効率よくレーザ光を取り出すことが可能になるとともに、簡易かつコンパクトな構成を維持しながら、効果的に高出力化を図ることができる。
また奇数個のLDモジュール及び、奇数角柱形状の集光器ブロックを使用すれば、集光器ブロックを介し、対向して配置されるLDモジュールからの照射光を回避し、LDモジュールの信頼性を向上させることができる。
なお上記実施の形態においては、ロッド型のYAG結晶を固体レーザ媒質として使用する構成を示したが、固体レーザ媒質の種類、形状がこれに限るものではなく、例えばスラブ型の固体レーザ媒質を使用しても、同様な効果が得られることは言うまでもない。
また、上記実施の形態においては、集光器ブロックの中央に円筒状の貫通穴を有する構成を示したが、励起光を効果的に閉じ込めることができれば、形状はこれに限るものではない。
起固体レーザ装置は、複数の冷却系統に応じた配管部品が必要になり、部品点数及び組立工数が増加するという問題点があった。
また冷却水を供給するための配管部が水漏れの原因となり、LD励起固体レーザ装置の信頼性低下の原因になるという問題点があった。
発明の開示
本発明では、かかる問題点を解決するためになされたもので、組立が容易で、LDモジュールヘ冷却水を供給するための配管が不要となる集光器モジュールならびに該集光器モジュールを用いたLD励起固体レーザ装置を得ることを目的とする。
この目的を達成するために、第1の観点によれば、レーザ媒質を格納する貫通穴を有し、この貫通穴へ励起光源モジュールからの励起光を導入するための開口が設けられた集光器ブロックと、この集光器ブロックの端部に固定され、冷却水を上記集光器ブロック及び上記励起光源モジュールに導く冷却水路が形成された端板と、この端板により固定及びシールされ、上記レーザ媒質に対する冷却水路を形成するフローチューブと、上記端板の側面に設けられた励起光源モジュール側冷却水路と連通し、励起光源を冷却する冷却水路が形成された励起光源モジュールと、を備えた。
また、励起光源モジュールは、固定手段を介して端板に固定するものである。
さらに、集光器ブロックへの冷却水の供給は、端板前面からフローチューブ内に供給され、励起光源モジュールへの冷却水の供給は、端板前面から端板側面にバイパスされ供給されるものである。
また、端版に集光器ブロック内部に流す冷却水供給口を設け、端板からの冷却水で上記集光器ブロックを冷却するものである。
また、固体レーザ媒質を格納する貫通穴を有し、この貫通穴へ励起光源モジュールからの励起光を導入するための開口が設けられた集光器ブロックと、この集光器ブロックの一端に固定され、冷却水を上記集光器ブロック及び上記励起光源モジュールに導く冷却水路が形成された給水板と、上記集光器ブロックの他端に固定され、上記集光器ブロック及び上記励起光源モジュールを冷却した冷却水を排水する排水路が形成された排水板と、この給水板及び排水板により固定及びシールされ、上記固体レーザ媒質に対する冷却水路を形成するフローチューブと、上記給水板及び排水板の側面に設けられた励起光源モジュール側水路と連通し、励起光源を冷却する冷却水路が形成された励起光源モジュールと、上記集光器ブロックの端部を固定すると共に、冷却水の給水継手、及び排水継手がそれぞれ設けられた側板と、上記固体レーザ媒質の両端部を固定すると共に供給、排出される冷却水の流路を上記側板とで囲まれた空間でシールする固体レーザ媒質固定具と、を備えたものである。
また、側板と、給水板或いは排水板とを一体成形し、ひとつの固定手段により固体レーザ媒質固定具、側板、集光器ブロックを固定するものである。
さらにまた、集光器ブロックを拡散反射材であるセラミックを使用するものである。
図面の簡単な説明
第1図は、この発明の実施の形態1における集光器モジュールを示す斜視図である。
第2図は、この発明の実施の形態1における集光器ブロックの詳細構造を示す斜視図である。
第3図は、この発明の実施の形態1における集光器モジュールに対し、
Claims (7)
- レーザ媒質を格納する貫通穴を有し、この貫通穴へ励起光源モジュールからの励起光を導入するための開口が設けられた集光器ブロックと、
この集光器ブロックの端部に固定され、冷却水を上記集光器ブロック及び上記励起光源モジュールに導く冷却水路が形成された端板と、
この端板により固定及びシールされ、上記レーザ媒質に対する冷却水路を形成するフローチューブと、
上記端板の励起光源モジュール側冷却水路と連通し、励起光源を冷却する冷却水路が形成された励起光源モジュールと、
を備えたレーザ発振器。 - 励起光源モジュールは、固定手段を介して端板に固定されることを特徴とする請求の範囲1に記載のレーザ発振器。
- 集光器ブロックへの冷却水の供給は、端板前面からフローチューブ内に供給され、励起光源モジュールへの冷却水の供給は、端板前面から端板側面にバイパスされ供給されることを特徴とする請求の範囲2に記載のレーザ発振器。
- 端版に集光器ブロック内部に流す冷却水供給口を設け、端板からの冷却水で上記集光器ブロックを冷却することを特徴とする請求の範囲1乃至3に記載のレーザ発振器。
- 固体レーザ媒質を格納する貫通穴を有し、この貫通穴へ励起光源モジュールからの励起光を導入するための開口が設けられた集光器ブロックと、
この集光器ブロックの一端に固定され、冷却水を上記集光器ブロック及び上記励起光源モジュールに導く冷却水路が形成された給水板と、
上記集光器ブロックの他端に固定され、上記集光器ブロック及び上記励起光源モジュールを冷却した冷却水を排水する排水路が形成された排水板と、
この給水板及び排水板により固定及びシールされ、上記固体レーザ媒質に対する冷却水路を形成するフローチューブと、
上記給水板及び排水板の励起光源モジュール側水路と連通し、励起光源を冷却する冷却水路が形成された励起光源モジュールと、
上記上記集光器ブロックの端部を固定すると共に、冷却水の給水継手、及び排水継手がそれぞれ設けられた側板と、
上記固体レーザ媒質の両端部を固定すると共に供給、排出される冷却水の流路を上記側板とで囲まれた空間でシールする固体レーザ媒質固定具と、
を備えたレーザ発振器。 - 側板と、給水板或いは排水板とを一体成形し、ひとつの固定手段により固体レーザ媒質固定具、側板、集光器ブロックを固定することを特徴とする請求の範囲5に記載のレーザ発振器。
- 集光器ブロックを拡散反射材であるセラミックを使用することを特徴とする請求の範囲1乃至6に記載のレーザ発振器。
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