KR101449824B1 - 가스 레이저 및 그 작동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 코너 하우징(4)을 통해 서로 연결되는 복수 개의 방출 튜브(3)로서, 각각의 경우에 레이저 비임(6)을 안내하기 위한 적어도 하나의 거울 요소(7) 및 냉각 유체(21)가 내부에 위치하게 되는 적어도 하나의 냉각 채널(20)이 마련되는 것인 복수 개의 방출 튜브, 및 각각의 코너 하우징(4) 내로 진입하기 이전에 레이저 가스를 냉각하기 위해 냉각 유체(17)가 내부에 위치하게 되는 적어도 하나의 냉각 채널(16)을 갖춘 열 교환기(19)를 포함하는 가스 레이저에 관한 것이다. 코너 하우징(4) 내로 진입할 때 냉각된 레이저 가스의 온도(T_{G ,K})와 코너 하우징(4)의 냉각 채널(20) 내의 냉각 유체(21)의 온도(T_{w ,B}) 사이의 온도차(T_{G ,K}-T_{w ,B})가 5 K 미만, 바람직하게는 2 K 미만, 특히 바람직하게는 0.2 K 미만으로 설정될 수 있도록 하는 방식으로, 레이저 가스를 냉각하기 위한 추가적인 냉각 장치 및/또는 열 교환기(19)의 적어도 하나의 냉각 채널(16) 내의 냉각 유체(17)와 코너 하우징(4, 5)의 적어도 하나의 냉각 채널(20) 내의 냉각 유체(21) 사이의 온도차(T_{w ,w}-T_{w ,B})를 형성하기 위한 온도 제어 장치(18, 22)가 마련된다. 본 발명은 또한 이러한 가스 레이저의 관련 작동 방법에 관한 것이다.

Description

가스 레이저 및 그 작동 방법{GAS LASER AND OPERATING METHOD THEREFOR}

본 발명은, 코너 하우징을 통해 서로 연결되는 복수 개의 방출 튜브로서, 각각의 경우에 레이저 비임을 안내하기 위한 적어도 하나의 거울 요소 및 냉각 유체가 내부에 위치하게 되는 적어도 하나의 냉각 채널이 마련되는 것인 복수 개의 방출 튜브, 및 각각의 코너 하우징 내로 진입하기 이전에 레이저 가스를 냉각하기 위해 냉각 유체가 내부에 위치하게 되는 적어도 하나의 냉각 채널을 갖춘 열 교환기를 포함하는 가스 레이저에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 가스 레이저의 작동 방법에 관한 것이다.

가스 레이저, 특히 CO₂ 레이저는, 레이저 비임이 상하로 놓이는 하나 이상의 평행한 평면에서 2차식으로(quadratically) 꺾이며 이를 위해 보통 4개의 코너 하우징에 수납되는 거울 요소가 각각의 평면에 배치되는 것인 꺽임식 레이저 공진기(folded laser resonator), 바람직하게는 2차식(quadratic) 레이저 공진기를 포함한다. 레이저 가스를 여기하기 위한 전극을 갖춘 방출 튜브가 코너 하우징들 사이에 배치된다. 레이저 가스는, 예컨대 레이디얼 팬(radial fan)의 형태일 수 있는 압력원으로부터, 공급 라인을 통해 코너 하우징으로 공급되는데, 이때 코너 하우징 내로 그리고 이에 따라 비임 안내 챔버 내로 진입하기 이전에 레이저 가스를 냉각하기 위해 열 교환기의 하나 이상의 냉각 채널이 보통 공급 라인에 배치된다. 레이저 가스 순환 경로는 흡입 라인에 의해 폐쇄되는데, 이 흡입 라인을 통해 가열된 레이저 가스가 방출 튜브로부터 추출되며 레이디얼 팬에 공급된다.

코너 하우징은 보통 냉각된다. 이를 위해, 보통 물인 유동하는 냉각 유체가 통과하는 하나 이상의 냉각 채널이 각각의 코너 하우징의 본체에 배치된다. 열 교환기의 냉각 채널은 일반적으로 코너 하우징의 냉각 채널에 연결되며 공동 냉매 회로를 형성한다.

전술한 가스 레이저를 이용하면, 특히 공진기 길이가 긴 경우에, 레이저 비임이 레이저 공진기에서 레이저 비임 방향으로 바람직하지 않은 변화를 겪는 문제가 발생하게 되는데[비임 포인팅(beam pointing)으로 알려져 있음], 이는 비임 품질의 열화를 초래할 수 있다.

본 발명은, 발생된 레이저 비임의 레이저 비임 방향에 있어서 원하지 않은 변화가 가능한 작게 유지되도록 하는 방식으로 서두에 언급된 유형의 가스 레이저 및 작동 방법을 개선하는 문제를 해결한다.

상기 문제는, 레이저 가스를 냉각하기 위한 추가적인 냉각 장치 및/또는 열 교환기의 적어도 하나의 냉각 채널 내의 냉각 유체와 코너 하우징의 적어도 하나의 냉각 채널 내의 냉각 유체 사이의 온도차를 발생시키기 위한 온도 제어 장치가 마련되는 가스 레이저에 의해 해결된다. 통상적인 가스 레이저에 있어서, 유입되는 냉각된 레이저 가스의 온도는 보통 코너 하우징 내의 냉각 유체의 온도보다 약 10 K 정도 높다. 전술한 조치로 인해, 코너 하우징 내로 진입할 때의 냉각된 레이저 가스의 온도와 코너 하우징 내의 냉각 유체의 온도 사이의 차이를 5 K 미만으로, 바람직하게는 2 K 미만으로, 특히 바람직하게는 0.2 K 미만으로 설정하는 것이 가능하다.

본 발명자는, 코너 하우징에 배치되는 거울 요소의 틸팅(tilting)이 (일반적으로 대칭인) 코너 하우징의 비대칭 확장에 의해 초래되며, 이는 코너 하우징 내로 유동하는 레이저 가스의 온도와 코너 하우징의 냉각 채널 내의 냉매의 온도 사이의 온도 구배에 의해 유발된다는 것을 인지하였다. 각각의 온도를 5 K 미만의 차이로 조절함으로써, 거울 요소의 틸팅은 사실상 완전하게 방지될 수 있으며, 이에 따라 비임 포인팅은 개선될 수 있다. 물론 이상적인 경우에는 온도차가 (사실상) 0이 되도록 레이저 가스의 온도와 코너 블록 내의 냉매의 온도가 조절된다.

온도 제어 장치에 의한 온도 조절은, 열 교환기의 냉각 채널과 코너 하우징의 냉각 채널이 2개의 상이한 냉매 회로에 속하는 경우에 특히 유리하다. 이러한 경우, 코너 블록의 냉각 채널 내의 냉각 유체의 온도는 열 교환기의 냉각 채널 내의 냉각 유체의 온도와 완전히 독립적으로 설정될 수 있다.

유리한 실시예에 있어서, 온도 제어 장치는 코너 하우징의 냉각 채널에 공급되는 냉각 유체를 가열하기 위한 가열 장치를 포함한다. 대안으로 또는 추가적으로, 온도 제어 장치는 또한 열 교환기의 냉각 채널(들)에 공급되는 냉매를 냉각하기 위한 냉각 장치를 포함할 수 있다. 상이한 냉매 회로를 이용할 때, 특정 냉매 회로의 조립체는 가열 장치 또는 냉각 장치로서 사용될 수 있다.

특히 공동 냉매 회로가 마련될 때, 즉 코너 하우징의 냉각 채널이 열 교환기의 냉각 채널에 연결되고 2개의 냉매 회로 내의 냉각 유체의 온도가 실질적으로 동일할 때, 추가적인 냉각 장치에 의해 레이저 가스가 직접 냉각된다면 유리하며, 이에 따라 냉각된 레이저 가스의 온도는 코너 하우징 내의 냉각 유체의 온도 및 열 교환기 내의 냉각 유체의 온도와 독립적으로 설정될 수 있다. 레이저 가스의 추가적인 냉각을 위한 다양한 조치가 마련될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 추가적인 냉각 장치는, 코너 하우징 내로 진입할 때 레이저 가스의 단열 팽창을 위한 팽창 장치를 포함한다. 이러한 경우에 있어서, 공급 파이프가 코너 하우징 내로 개구되는 영역에 예컨대 선택적으로 개방 루프 제어 또는 폐쇄 루프 제어되는 팽창 노즐의 형태인 팽창 장치가 마련되며, 이 팽창 장치는 코너 하우징에 진입하는 레이저 가스를 냉각한다.

추가적인 실시예에 있어서, 추가적인 냉각 장치는 저온 레이저 가스를 추가적으로 혼합하기 위한 혼합 장치를 포함한다. 물론 추가적으로 혼합된 레이저 가스는 가스 레이저의 가스 회로에 이미 존재하는 레이저 가스보다 낮은 온도를 가져야만 한다. 이러한 경우에, 허용되는 레이저 가스의 양은, 원하는 냉각 효과가 달성되도록 하는 방식으로 예컨대 제어 가능한 밸브를 통해 설정된다. 이러한 연결에 있어서, 혼합되는 레이저 가스를 위한 제어 가능한 밸브 또는 유입구는 바람직하게는 열 교환기의 출력부에, 즉 코너 하우징에 이웃하여 위치하게 된다.

일 실시예에 있어서, 추가적인 냉각 장치는 레이저 가스를 냉각하기 위한 펠티에(Peltier) 요소를 포함한다. 레이저 가스는 이러한 경우에 열 교환기에 의해 냉각될 뿐만 아니라 펠티에 요소에 의해 직접 냉각되는데, 이는 마찬가지로 코너 하우징 내의 냉각 유체의 온도에 대해 레이저 가스의 온도가 추가적으로 조절되도록 한다.

추가적인 냉각 장치는 또한 추가적인 열 교환기를 포함할 수 있는데, 이는 동일한 냉매로 작동되거나 또는 바람직하게는 추가적인 냉매로 작동되며, 즉 제1 열 교환기의 냉매와 상이한 냉매가 추가적인 열 교환기의 냉각 채널에 허용된다. 추가적인 냉매는, 예컨대 (제1) 열 교환기의 냉각 채널을 통해 유동하는 냉매의 냉각 유체를 냉각하기 위해 사용되는 냉각 조립체의 냉매일 수 있다.

안정적인 온도의 코너 하우징 및 이에 따른 양호한 비임 포인팅을 획득하기 위해, 추가적인 열원의 영향이 최소화되는 것이 또한 유리한 것으로 입증된 바 있다. 이를 달성하기 위해, 거울 요소 또는 그 거울 지지부로부터 코너 하우징으로의 거울 열(mirror heat)의 전달을 방지하기 위해 가능한 멀리 거울 요소(들)와 코너 하우징 또는 더 정확히는 그 본체 사이에 단열부가 마련될 수 있다. 추가적으로 또는 대안으로, 거울 요소의 직접적인 냉각을 위한 추가적인 냉각 장치가 코너 하우징에 마련될 수 있다.

이는, 가스 레이저의 코너 하우징 또는 모든 코너 하우징이 장착되는 공명기 프레임이 적어도 하나의 냉각 채널을 구비하고, 이 냉각 채널이 코너 하우징의 냉각 채널과 함께 공동 냉매 회로를 형성하는 경우에 코너 하우징의 열적 안정성 면에서 또한 유리하다. 공동 냉각으로 인해, 코너 하우징 및 공명기 프레임은 실질적으로 일정한 동일 온도를 갖는다.

본 발명은 또한 특히 전술한 바와 같이 구성된 가스 레이저의 작동 방법에 관한 것이다. 가스 레이저를 이용하는 경우, 가스 레이저의 코너 하우징 내로 진입할 때 냉각된 레이저 가스의 온도와 코너 하우징의 적어도 하나의 냉각 채널 내의 냉각 유체의 온도 사이의 차이는, 이 차이가 5 K 미만, 바람직하게는 2 K 미만, 특히 바람직하게는 0.2 K 미만이 되도록 하는 방식으로 설정된다. 앞서 설명된 방식의 가스 레이저의 작동은, 구체적으로 공명기의 길이가 긴(예컨대 5 m 초과) 공명기 또는 비임 길이가 긴(8 m 초과) 레이저 처리 기계(8)의 경우에 있어서 특히 유리하다는 것이 입증된 바 있다.

본 발명의 추가적인 장점은 상세한 설명 및 도면으로부터 명확해질 것이다. 마찬가지로, 전술한 특징 및 이하에서 언급되는 특징은 단독으로 또는 임의의 조합으로 함께 사용될 수 있다. 제시되고 설명된 예시적인 실시예는, 총망라한 일람으로서 이해되어서는 안 되며, 단지 본 발명의 설명을 위한 예시적인 특성으로서 이해되어야 한다.

본 발명에 따르면, 발생된 레이저 비임의 레이저 비임 방향에 있어서 원하지 않은 변화가 가능한 작게 유지되도록 하는 방식으로 서두에 언급된 유형의 가스 레이저 및 작동 방법을 개선하는 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 꺽임식 레이저 공명기를 갖춘 CO₂ 가스 레이저를 위에서 본 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 CO₂ 가스 레이저의 사시도를 도시한 것이다.
도 3a는 별도의 2개 냉매 회로를 갖춘 본 발명에 따른 가스 레이저의 세부사항을 단면도로 도시한 것이다.
도 3b는 팽창 노즐 형태인 추가적인 냉각 장치 및 레이저 가스의 냉각을 위한 펠티에 요소를 갖춘, 도 3a와 유사한 도면을 도시한 것이다.
도 3c는 혼합 장치 형태인 추가적인 냉각 장치 및 레이저 가스의 냉각을 위한 추가적인 열 교환기를 갖춘, 도 3b와 유사한 도면을 도시한 것이다.

도 1에 도시된 CO₂ 가스 레이저(1)는, 코너 하우징(4, 5)을 통해 서로 연결되는 4개의 이웃한 레이저 방출 튜브(3)를 갖춘 2차식 꺽임식 레이저 공명기(2)를 포함한다. 레이저 방출 튜브(3)의 축선의 방향으로 진행하는 레이저 비임(6)이 일점쇄선으로 도시되어 있다. 코너 하우징(4)에서의 편향 거울(7)은 각각의 경우에 90 °만큼 레이저 비임(6)을 편향시키는 역할을 한다. 후방 거울(8) 및 부분적으로 투과성인 출력 거울(9)이 코너 하우징들 중 하나(5)에 배치된다. 후방 거울(8)은 고도로 반사성이며, 180 °로 레이저 비임(6)을 반사시키고 이에 따라 비임은 다시 반대 방향으로 레이저 방출 튜브(3)를 횡단한다.

레이저 비임(6)의 일부는 부분적으로 투과성인 출력 거울(9)에서 레이저 공명기(2)로부터 나오고, 나머지 부분은 레이저 공명기(2)에 남게 되며 다시 레이저 방출 튜브(3)를 통과한다. 출력 거울(9)을 통해 레이저 공명기(2)로부터 나오는 레이저 비임은 참조번호 10으로 지시되어 있다.

레이저 가스를 위한 압력원으로서 레이디얼 팬(11)이 꺽임식 레이저 공명기(2)의 중앙에 배치되며, 레이저 가스에 대한 공급 라인(12)을 통해 코너 하우징(4, 5)에 연결된다. 흡입 라인(13)이 흡입 하우징(14)과 레이디얼 팬(11) 사이에 연장된다. 레이저 방출 튜브(3) 내에서 그리고 공급 라인(12)과 흡입 라인(13)에서 레이저 가스의 흐름 방향은 화살표로 도시되어 있다. 레이저 가스는 전극(15)에 의해 여기되는데, 이 전극은 레이저 방출 튜브(3)에 이웃하게 배치되며 HF 발생장치(도시되어 있지 않음)에 연결된다. 13.56 MHz 또는 27.12 MHz의 여기 주파수를 갖는 X선 발생장치가 HF 발생장치로서 사용될 수 있다.

도 2에서 그리고 특히 도 3a에서 알 수 있는 바와 같이, 유동하는 냉각 유체(17) - 본 예에서는 물 - 가 통과하는, 냉각 튜브 형태인 나선형 또는 주름형 냉각 채널(16)이 공급 라인(12)에 마련된다. 냉각 채널(16)은 냉각 조립체(18)에 연결되며 이와 함께 열 교환기 회로(19)를 형성한다. 냉각 보어(bore) 형태인 냉각 채널(20)이 또한 도 3a의 코너 하우징(4)에 마련되며, 코너 하우징(4)의 본체를 통해 연장되고 마찬가지로 냉각수(21)가 이를 통해 유동하도록 한다.

그러나, 코너 하우징(4)의 냉각 채널(20)은 열 교환기(19)의 냉각 조립체(18)에 연결되는 것이 아니라 추가적인 조립체(22)에 연결되는데, 추가적인 조립체는 냉각 채널(20)과 함께 별도의 하우징 블록 회로(23)를 형성한다. 물론 도 3a에 폐쇄 상태로 도시된 열 교환기 회로(19)는 공급 라인(12)뿐만 아니라 가스 레이저(1)의 모든 공급 라인 그리고 모든 흡입 라인(13)을 통해 연장되는데, 이는 일반적으로 수 개의 열 교환기의 병렬 연결을 수반한다. 하우징 블록 회로(23)는 상응하여 가스 레이저(1)의 모든 코너 블록(4, 5)을 통해 연장된다.

열 교환기 회로(19) 및 하우징 블록 회로(23)는 서로 독립적이며, 이에 따라 열 교환기 회로(19)의 냉각 유체(17)의 온도(T_{w ,w}) 및 하우징 블록 회로(23)의 냉각 유체(21)의 온도(T_{w ,B})는 각각, 온도 제어 장치로서 역할을 하는 조립체(18, 22)를 적절하게 조정함으로써 서로 독립적으로 설정될 수 있다. 온도차(T_{G ,K}-T_{w ,B})가 최대한 작아지도록, 코너 하우징(4) 내로 진입할 때의 저온 레이저 가스의 온도(T_{G ,K})를 코너 하우징(4)의 냉각 채널(20)에서의 냉각 유체(21)의 온도(T_{w ,B})와 일치시키는 것이 유리하다. 이러한 방식으로, 내부에 배치되는 반사 거울(7)의 틸팅 및 이에 따른 레이저 비임(6)의 부정확한 위치설정을 유발하는, 코너 하우징(4)에서의 온도 구배를 방지하는 것이 가능하다.

예를 들어 고온 레이저 가스가 약 80 ℃인 온도(T_G,H)로 레이디얼 팬(11)으로부터 공급 라인(12)에 진입하고, 냉각 채널(16) 내의 냉각 유체(17)의 온도(T_w,w)가 25 ℃라고 가정하면, 공급 라인(12)의 유출구에서의 냉각된 레이저 가스의 온도(T_G,K)는 여전히 약 32 ℃이다. 또한 코너 하우징(4) 내의 냉각 유체(21)의 온도(T_w,B)가 열 교환기 내의 냉각 유체(17)의 온도(T_w,w)(약 25 ℃)에 상응한다고 가정하면, 이때 코너 하우징(4) 내의 냉각 유체(17)와 코너 하우징(4) 내의 저온 레이저 가스 사이에는 약 7 K의 온도차(T_G,K-T_w,B)가 존재한다. 이러한 온도차는, 반사 거울(7)의 틸팅을 유발할 정도로 충분히 큰데, 이는 발생되는 레이저 비임(10)의 빔 방향 안정성에 두드러진 영향을 준다.

온도차(T_{G ,K}-T_{w ,B})를 줄이기 위해, 냉각 튜브(16) 내의 냉각수(17)의 온도를 코너 하우징(4)의 냉각 보어(20) 내의 냉각수(21)의 온도보다 낮게 되도록 선택하는 것이 필요하다. 이를 달성하기 위해, 코너 하우징(4) 내의 냉각수(21)의 온도는 조립체(22)에 의해 예컨대 7 K 정도, T_{w ,B} = 32 ℃까지 상승될 수 있고, 이에 따라 이는 유입되는 레이저 가스의 온도(T_{G ,K})에 상응한다. 대안으로, 냉각 튜브(16) 내의 냉각 유체(17)의 온도(T_{w ,w})는 냉각 조립체(18)에 의해 예컨대 약 10 K 정도, T_w,w = 15 ℃까지 낮아질 수 있고, 그 결과로서 코너 하우징(4)에 진입하는 냉각된 레이저 가스는 25 ℃의 온도(T_{G ,K})까지 냉각되며, 즉 코너 블록(4) 내의 냉각수(21)의 온도(T_{w ,B})에 상응하게 된다.

물론 이러한 2가지 조치는 또한 동시에 행해질 수 있으며, 즉 냉각 튜브(16) 내의 냉각 유체(17)의 온도(T_{w ,w})는 낮아지고 코너 하우징(4) 내의 냉각 유체(21)의 온도(T_{w ,B})는 동시에 상승하며, 이에 따라 전체적인 온도차는 5 K를 초과하지 않게, 바람직하게는 2 K를 초과하지 않게, 특히 바람직하게는 0.2 K를 초과하지 않게 설정된다. 원하는 온도차를 설정하기 위해, 공동 제어 유닛(24)에 의해 조립체(18 및 22)의 제어가 이루어질 수 있다. 물론 또한 선택적으로 열 센서가 마련될 수 있는데, 이는 앞서 특정한 온도차 범위로 온도를 조절할 수 있도록 해준다.

특히, 별도인 2개의 열 회로(19, 23) 대신 단지 하나의 회로가 마련될 때, 즉 열 교환기(19)의 냉각 튜브(16)가 도 3b에 제시된 바와 같이 코너 하우징(4)의 냉각 채널(20)에 연결될 때, 레이저 가스의 추가적인 직접 가열이 이루어진다면 유리하다. 이를 위해, 도 3b에서는 코너 하우징(4)의 진입부에 배치되는 팽창 노즐(25)을 포함하는 추가적인 냉각 장치가 마련될 수 있다. 팽창 노즐(25)은, 코너 하우징(4) 내로의 진입 시에 레이저 가스의 단열 팽창 및 이에 따라 예컨대 25 ℃인 원하는 온도(T_{G ,K})로의 냉각을 유발하며, 상기 원하는 온도는 코너 하우징(4)의 냉각 채널(20) 내의 냉매(21)의 온도(T_{w ,B})에 상응한다. 팽창 노즐(25)에 의한 레이저 가스의 냉각에 추가하여 또는 이에 대한 대안으로, 냉각 장치는 또한 펠티에 요소(26)를 포함할 수 있는데, 이는 도 3b에 도시된 예에서 공급 라인(12)의 벽에 장착된다.

마지막으로, 도 3c는 레이저 가스의 추가적인 냉각을 위한 2가지 추가적인 가능성을 제시한 것이다. 제어 가능한 밸브(27)를 포함하는, 혼합 장치 형태의 냉각 장치로서, 상기 제어 가능한 밸브를 통해 가스 저장소(28)로부터 추가적으로 저온 레이저 가스가 가스 레이저(1)의 가스 순환부 내로 혼합될 수 있는 것인 냉각 장치에 있어서, 혼합되는 가스의 양은 혼합물의 온도가 레이저 가스의 원하는 온도에 상응하게 되도록 하는 방식으로 조정되는 것인 냉각 장치; 그리고 냉각 조립체(18)의 냉각 유체가 직접 허용되는 추가적인 열 교환기(29) 형태인 냉각 장치로서, 상기 냉각 유체는 또한 냉각 튜브(16)의 냉각수(17)를 냉각시키는 역할을 하는 것인 냉각 장치가 제시된다. 추가적인 열 교환기(29) 및 혼합된 레이저 가스를 위한 밸브(27) 또는 가스 유출구 양자 모두는 이러한 경우에 레이저 가스의 유동 방향에 대해 열 교환기(19)의 하류에 배치되며, 레이저 가스가 코너 블록(4)에 진입하기 이전에 상기 열 교환기(19)에 의해 냉각된 레이저 가스의 추가적인 냉각을 위한 역할을 한다.

도 3a 내지 도 3c에 도시된 가스 레이저(1)의 실시예에 있어서, 코너 하우징(4, 5)에서의 온도를 안정화하기 위해, 추가적인 열원의 영향은 최소화되는 것이 유리하다. 이를 달성하기 위해, 각각의 거울 요소(7)는 거울 지지부(30)에 배치되며, 이 지지부는 거울 요소(7)를 직접 냉각하기 위해 냉매가 내부에 위치하게 되는 냉각 채널 형태인 추가적인 냉각 장치(31)와 조립된다. 거울 지지부(30)는 그 각각의 코너 하우징(4, 5)으로부터 단열되는데, 예컨대 각각의 코너 하우징(4, 5)과의 평면적인 접촉을 피하면서 스틸 스크류(steel screw)에 의해 단열이 이루어질 수 있다. 추가적으로, 가스 레이저(1)의 모든 코너 하우징(4, 5)이 구속되는, 도 3c에 도시된 공명기 프레임(33)에는 코너 하우징(4, 5)의 냉각 채널(20)에 연결되는 냉각 채널이 마련되며, 이에 따라 공명기 프레임(33) 및 코너 하우징(4, 5)은 공동 냉매 회로를 형성하고 (대략) 일정한 온도로 유지될 수 있다.

앞서 설명된 모든 예에 있어서, 냉각수가 레이저 가스와 접촉하거나 또는 코너 하우징(4, 5)의 본체와 접촉하는 해당 영역에서 냉각수(17, 21)의 온도는 일정하다고 가정하였다. 이러한 근사는 정당한데, 왜냐하면 레이저 가스 또는 코너 하우징과의 열 교환은 냉각수(17, 21)의 온도에 단지 최소한의 효과만을 주도록 냉각수의 유량이 선택되기 때문이다.

앞서 설명된 방식으로 특정 코너 하우징(4, 5)에 진입하는 냉각된 레이저 가스의 온도(T_{G ,K}) 및 코너 하우징(4, 5)의 냉각 유체(21)의 온도(T_{w ,B})는 서로 일치될 수 있으며, 이에 따라 코너 하우징(4, 5) 및 그 내부에 배치되는 거울 요소(7, 8, 9)에서 비대칭적인 온도 구배가 발생하지 않고, 거울 요소의 거울 지지부(30)가 바람직하지 않게 틸팅되지 않는다. 모든 사항을 고려하면, 레이저 공명기(2)에서 레이저 비임(6)의 방향에 있어서 원하지 않는 변화는 이러한 방식으로 방지될 수 있고, 출력되는 레이저 비임(10)의 비임 품질은 향상될 수 있다.

3 : 방출 튜브 4, 5 : 코너 하우징
6 : 레이저 비임 7 : 거울 요소
16 : 냉각 채널 17 : 냉각 유체
18, 22 : 온도 제어 장치 19 : 열 교환기
20 : 냉각 채널 21 : 냉각 유체

Claims (13)

1. 가스 레이저(1)로서,
   코너 하우징(4, 5)을 통해 서로 연결되며, 각각의 경우에 레이저 비임(6, 10)을 안내하기 위한 하나 이상의 거울 요소(7, 8, 9) 및 내부에 냉각 유체(21)가 위치하게 되는 하나 이상의 냉각 채널(20)이 마련되는 것인 복수 개의 배출 튜브(3), 및
   각각의 코너 하우징(4, 5) 내로 진입하기 이전에 레이저 가스를 냉각하기 위해 내부에 냉각 유체(17)가 위치하게 되는 하나 이상의 냉각 채널(16)을 갖춘 열 교환기(19)
   를 포함하는 가스 레이저에 있어서,
   코너 하우징(4, 5) 내로 진입할 때의 냉각된 레이저 가스의 온도(T_G,K)와 코너 하우징(4, 5)의 냉각 채널(20) 내의 냉각 유체(21)의 온도(T_w,B) 사이의 온도차(T_G,K-T_w,B)가 5 K 미만으로 설정될 수 있도록 하는 방식으로, i) 레이저 가스를 냉각하기 위한 추가적인 냉각 장치(25, 26, 27, 28) 및 ii) 열 교환기(19)의 하나 이상의 냉각 채널(16) 내의 냉각 유체(17)와 코너 하우징(4, 5)의 하나 이상의 냉각 채널(20) 내의 냉각 유체(21) 사이의 온도차(T_w,w-T_w,B)를 형성하기 위한 온도 제어 장치(18, 22) 중 어느 하나 또는 양자 모두가 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 레이저.
2. 제1항에 있어서, 열 교환기(19)의 냉각 채널(16) 및 코너 하우징(4, 5)의 냉각 채널(20)은 2개의 상이한 냉매 회로에 속하는 것인 가스 레이저.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 온도 제어 장치(22)는 코너 하우징(4, 5)의 냉각 채널(20)에 공급되는 냉각 유체(21)를 가열하기 위한 가열 장치를 포함하는 것인 가스 레이저.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 온도 제어 장치(18)는 열 교환기(19)의 냉각 채널(16)에 공급되는 냉각 유체(17)를 냉각하기 위한 냉각 장치를 포함하는 것인 가스 레이저.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 추가적인 냉각 장치는 코너 하우징(4, 5) 내로의 진입 시에 레이저 가스를 단열 팽창시키기 위한 팽창 장치(25)를 포함하는 것인 가스 레이저.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 추가적인 냉각 장치는 추가적인 레이저 가스를 혼합하기 위한 혼합 장치(27, 28)를 포함하는 것인 가스 레이저.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 추가적인 냉각 장치는 레이저 가스를 냉각하기 위한 펠티에(Peltier) 요소(26)를 포함하는 것인 가스 레이저.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 추가적인 냉각 장치는 추가적인 열 교환기(29)를 포함하는 것인 가스 레이저.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 거울 요소(7, 8, 9)와 코너 하우징(4, 5) 사이에 단열부(30)가 마련되는 것인 가스 레이저.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 거울 요소(7, 8, 9)의 직접 냉각을 위한 추가적인 냉각 장치(31)가 마련되는 것인 가스 레이저.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    하나 이상의 냉각 채널을 구비하는 공명기 프레임(33)
    을 더 포함하며, 상기 냉각 채널은 코너 하우징(4, 5)의 냉각 채널(20)과 함께 공동 냉매 회로를 형성하는 것인 가스 레이저.
12. 제1항 또는 제2항에 따른 가스 레이저(1)를 작동시키기 위한 방법으로서, 가스 레이저(1)의 코너 하우징(4, 5) 내로의 진입 시에 냉각된 레이저 가스의 온도(T_G,K)와 코너 하우징(4, 5)의 하나 이상의 냉각 채널(20) 내의 냉각 유체(21)의 온도(T_w,B) 사이의 차이(T_G,K-T_w,B)는 5 K 미만으로 조절되는 것인 방법.
13. 제8항에 있어서, 상기 추가적인 열 교환기는 추가적인 냉매로 작동되는 것인 가스 레이저.

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