KR102364542B1

KR102364542B1 - 냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록 및 이를 포함한 고출력 레이저 빔 결합용 하우징 구조체

Info

Publication number: KR102364542B1
Application number: KR1020200128515A
Authority: KR
Inventors: 유준상; 이용수; 김상인; 이강인; 정민완; 김동환; 김태우; 조준용
Original assignee: 주식회사 한화
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2022-02-17

Abstract

본 발명은 냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록 및 이를 포함한 고출력 레이저 빔 결합용 하우징 구조체에 관한 것으로 상부에 복수의 광섬유가 안착되거나, 일면에 복수의 광섬유가 융착될 수 있는 어레이 블록 본체부를 포함하고, 상기 어레이 블록 본체부의 내부에는 냉각유체가 순환될 수 있는 블록 냉각용 유로부가 위치되는 광섬유 어레이 블록을 제공하여 광섬유에서 빔 출력 시 발생되는 고열에 의해 변형이 방지되어 내구성을 향상시키고, 고출력 레이저 빔 결합 시 안정성을 크게 향상시킨다.

Description

냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록 및 이를 포함한 고출력 레이저 빔 결합용 하우징 구조체{FIBER ARRAY BLOCK INCLUDING COOLING SYSTEM AND HOUSING STRUCTURE FOR HIGH POWER BEAM COMBINING}

본 발명은 냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록 및 이를 포함한 고출력 레이저 빔 결합용 하우징 구조체에 관한 발명이다.

근래에 들어 무인기, 드론 등 원거리에서 위협적인 이동 타겟을 요격하기 위해 고출력 광섬유 레이저를 이용한 레이저 무기체계 개발이 진행되고 있다.

군용 무기로 드론 등의 소형 무인기의 활용이 증대되고 있는 추세로 군용 레이저 무기로 수 km 밖에 있는 드론 등의 소형 무인기를 격추하거나, 파손시키기 위해서는 수kW~수백kW급의 출력을 가지는 레이저 빔이 요구된다.

레이저 빔은 출력이 크면 반응시간이 줄어들고, 레이저 빔 요격시 파괴효과가 증대되며, 요격 가능한 사거리가 증대된다.

일반적으로 단일 레이저는 출력이 증대되면 빔품질이 저하되는 경향이 있는데, 이를 극복하기위해 빔품질이 우수한 중출력정도의 다수 레이저빔을 빔품질 저하없이 결합시킬수 있는 방법이 연구되고 있다.

이러한 빔품질을 유지시키면서 레이저 출력을 증대시키는 유력한 방법으로는 회절격자를 이용한 다파장 레이저 빔결합 방식이 가장 유력하다.

이는 파장이 다른 레이저 모듈 개수를 증대 시키기만 하면 총출력이 증대되면서 결합빔의 빔품질을 저하시키지 않고 우수한 빔품질 상태로 유지시키는 방식이다.

이러한 다파장 레이저는 각각 독립적인 레이저 모듈로 제작 되고, 독립적인 레이저 모듈 수만큼 배열구조를 통해 출력이 되도록 하는 빔결합용 광섬유 어레이 블록이 필요하다.

일반적인 빔결합용 광섬유 어레이 블록에서 열이 많이 발생하기 때문에 냉각구조를 별도로 광섬유 어레이블록에 제작하여 부착한다.

이러한 구조는 제작이 복잡하고 냉각구조와 광섬유 어레이블록을 에폭시를 통해 접합하기 때문에 온도에 따른 에폭시의 열팽창계수, 광섬유 어레이블록과 냉각구조의 이종간의 재질의 열팽창계수로 인해서 성능 저하가 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 광섬유 어레이 블록은 복수의 광섬유에서 출력되는 빔을 반사하는 전송거울, 전송거울에서 반사된 복수의 빔을 결합하는 회절격자 등이 내부에 위치되는 빔 결합용 하우징 내에서 광섬유의 빔 결합용 하우징 내에서 빔 결합 시 레이저 빔이 지나가는 경로 상의 공기를 레이저 빔이 가열하게 된다.

즉, 복수의 광섬유에서 출력된 복수의 레이저 빔이 전송거울, 회절격자를 거치면서 고출력으로 결합된 결합빔이 빔 결합용 하우징 내 공기를 가열하게 된다.

빔 결합용 하우징의 내 공기가 가열되면 가열된 공기가 흐르게 되고, 흐르는 공기는 움직이면서 빛을 굴절 산란시켜 레이저 빔의 결합을 방해하게 되는 문제점이 있었다.

0001)한국특허등록 제0277354호 "광성유어레이블록"(2000.10.09.등록)

본 발명의 목적은 내부에 냉각유로가 일체로 형성되어 광섬유에서 빔 출력 시 발생되는 고열에 의해 변형이 방지된 냉각구조를 포함한 냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록 및 이를 포함한 고출력 레이저 빔 결합용 하우징 구조체를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 내부에서 고출력 레이저 빔을 결합하는 빔결합용 하우징의 내부에서 레이저 빔에 의해 가열되는 공기를 냉각시켜 레이저 빔의 결합 시 가열된 공기에 의한 빔의 결합이 방해되는 것을 방지하는 고출력 레이저 빔 결합용 하우징 구조체를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 하우징의 냉각유로와 광섬유 어레이 블록의 냉각유로를 조립 구조로 일체화하여 하우징과 광섬유 어레이 블록을 동시에 냉각시켜 냉각구조를 단순화하고, 냉각 효율을 향상시킨 광섬유 어레이 블록 및 이를 포함한 고출력 레이저 빔 결합용 하우징 구조체를 제공하는 데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록은, 상부에 복수의 광섬유가 안착되거나, 일면에 복수의 광섬유가 융착될 수 있는 어레이 블록 본체부를 포함하고, 상기 어레이 블록 본체부의 내부에는 냉각유체가 순환될 수 있는 블록 냉각용 유로부가 위치되는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 빔결합용 하우징 구조체의 일 실시예는 복수의 벽체로 감싸져 내부에 복수의 광섬유에서 출력되는 복수의 레이저 빔을 결합시키는 빔 결합공간이 형성되고, 일면에 상기 빔 결합공간 내에서 결합된 레이저 결합빔이 통과될 수 있는 빔 투과창이 구비된 하우징 본체, 상기 하우징 본체 내에 위치되고 상부에 복수의 광섬유가 안착되거나, 일면에 복수의 광섬유가 융착될 수 있는 어레이 블록 본체부를 포함하고, 상기 하우징 본체의 벽체 내에는 냉각유체가 순환되어 내부에서 레이저 빔을 결합하면서 가열되는 공기를 냉각시키는 순환 냉각유로부가 위치되고, 상기 어레이 블록 본체부의 내부에는 냉각유체가 순환될 수 있는 블록 냉각용 유로부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 순환 냉각유로부는 상기 블록 냉각 유로부와 연결되어 하나의 순환 유로를 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록의 일 실시예 및 본 발명에 따른 레이저 빔결합용 하우징 구조체의 일 실시예는 상부로 안착된 복수의 광섬유를 덮어 위치를 고정시키는 광섬유 고정부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록의 일 실시예 및 본 발명에 따른 레이저 빔결합용 하우징 구조체의 일 실시예는 상기 어레이 블록 본체부의 후면에 접합되는 후면 마감판부재 및 어레이 블록 본체의 전면에 접합되어 광섬유와 광섬유 고정부재의 전면을 덮는 전면 마감판부재를 더 포함하며, 상기 어레이 블록 본체부의 전면과 후면, 상기 광섬유의 끝단, 상기 후면 마감판부재의 전면, 상기 전면 마감판부재의 후면은 PV(Peek and Valley;최대 골깊이)가 633/4(nm)이하로 폴리싱 처리되어 각각 서로 광학접합될 수 있다.

본 발명에서 상기 광섬유 고정부재는 복수의 광섬유 상에 안착되어 복수의 광섬유 상에 안착되어 광섬유의 위치를 고정하는 광섬유 고정용 막대부 및 상기 광섬유 고정용 막대부의 양 단부 측에서 하부로 돌출되게 위치되어 하단부가 각각 상기 어레이 블록 본체부에 고정되는 제1막대 고정용 돌출부와 제2막대 고정용 돌출부를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 광섬유 고정부재는 복수의 광섬유 상에 안착되어 복수의 광섬유 상에 안착되어 광섬유의 위치를 고정하는 광섬유 고정용 막대부 및 상기 광섬유 고정용 막대부의 양 단부 측에서 하부로 돌출되게 위치되어 하단부가 각각 상기 어레이 블록 본체부에 고정되는 제1막대 고정용 돌출부와 제2막대 고정용 돌출부를 포함하고, 상기 어레이 블록 본체부의 상면 및 상기 어레이 블록 본체부의 상면에 안착되는 상기 제1막대 고정용 돌출부의 하부면과 상기 제2막대 고정용 돌출부의 하부면은 각각 633/4(nm)의 표면거질기를 가지도록 폴리싱 처리되어 상기 광섬유 고정부재는 광학 접합을 통해 상기 어레이 블록 본체부의 상면에 접합될 수 있다.

본 발명에서 상기 블록 냉각용 유로부는 상기 어레이 블록 본체부의 내부에 위치되어 냉각유체가 흘러 어레이 블록 본체부를 냉각시키는 블록 냉각용 메인 유로, 상기 어레이 블록 본체부의 일면에 위치되어 상기 블록 냉각용 메인 유로의 내부로 냉각 유체를 유입시키는 블록용 유체 유입구, 상기 어레이 블록 본체부의 타면에 위치되어 상기 블록 냉각용 메인 유로를 거친 냉각 유체를 배출시키는 블록용 유체 배출구를 포함하고, 상기 블록용 유체 유입구는 이격되게 위치되어 각각 상기 블록 냉각용 메인 유로와 연결되는 제1유체 유입구와 제2유체 유입구를 포함하고, 상기 블록용 유체 배출구는 이격되게 위치되어 각각 상기 블록 냉각용 메인 유로와 연결되는 제1유체 배출구와 제2유체 배출구를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 블록 냉각용 메인 유로는 상기 제1유체 유입구와 일직선으로 연결되는 제1블록 냉각용 유로, 상기 제2유체 유입구와 일직선으로 연결되고, 상기 제1블록 냉각용 유로와 나란하게 위치되는 제2블록 냉각용 유로, 상기 제1유체 배출구와 일직선으로 연결되고 상기 제1블록 냉각용 유로와 상기 제2블록 냉각용 유로에 각각 교차되어 연결되는 제3블록 냉각용 유로 및 상기 제2유체 배출구와 일직선으로 연결되고 상기 제3블록 냉각용 유로와 나란하게 위치되며 상기 제1블록 냉각용 유로와 상기 제2블록 냉각용 유로에 각각 교차되어 연결되는 제4블록 냉각용 유로를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 광섬유 고정부재의 내부에는 상기 블록 냉각용 유로부와 연결되는 보조 냉각용 유로부가 위치될 수 있다.

본 발명에서 상기 광섬유 고정부재는 복수의 광섬유 상에 안착되어 복수의 광섬유 상에 안착되어 광섬유의 위치를 고정하는 광섬유 고정용 막대부 및 상기 광섬유 고정용 막대부의 양 단부 측에서 하부로 돌출되게 위치되어 하단부가 각각 상기 어레이 블록 본체부에 고정되는 제1막대 고정용 돌출부와 제2막대 고정용 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 포함하며, 상기 보조 냉각용 유로부는 상기 광섬유 고정용 막대부 내에 광섬유 고정용 막대부의 길이 방향으로 위치되는 제1보조 냉각유로, 상기 제1보조 냉각유로의 일단부 측에서 상기 블록 냉각용 유로부와 연결되는 제2보조 냉각유로 및 상기 제1보조 냉각유로의 타단부 측에서 상기 블록 냉각용 유로부와 연결되는 제3보조 냉각유로를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 하우징 본체는 상기 빔 결합공간의 하부 측에 위치되는 하부 판부재, 상기 하부 판부재 상에 세워져 위치되고 빔 결합공간의 외측 둘레를 감싸는 측부 판부재, 상기 측부 판부재의 상부 측에 위치되어 빔 결합공간의 상부 측을 덮는 상부 판부재를 포함하고, 상기 순환 냉각유로부는 상기 측부 판부재의 내부에 위치되는 측면 냉각유로부, 상기 하부 판부재의 내부에 위치되는 하면 냉각유로부 및 상기 상부 판부재의 내부에 위치되는 상면 냉각유로부를 포함하며, 상기 측부 판부재는 제1측부 판부재, 제2측부 판부재, 제3측부 판부재, 제4측부 판부재를 포함하고, 상기 측면 냉각유로부는 상기 제1측부 판부재 내에 위치되는 제1측면 냉각유로부, 상기 제2측부 판부재 내에 위치되는 제2측면 냉각유로부, 상기 제3측부 판부재 내에 위치되는 제3측면 냉각유로부, 상기 제4측부 판부재 내에 위치되는 제4측면 냉각유로부를 포함하며, 상기 하면 냉각유로부는 상기 제1측면 냉각유로부와 연결되는 제1하면 냉각유로부와 상기 제4측면 냉각유로부와 연결되는 제2하면 냉각유로부를 포함하고, 상기 상면 냉각유로부는 일단부 측이 냉각유체 공급라인부와 연결되고, 타단부 측이 상기 제1측면 냉각유로부와 연결되고, 상기 제1측면 냉각유로부는 일단부 측이 상기 상면 냉각유로부에 연결되고, 타단부 측이 상기 제1하면 냉각유로부와 연결되며, 상기 제1하면 냉각유로부는 일단부 측이 상기 제2측면 냉각유로부와 연결되고, 상기 제3측면 냉각유로부는 상기 제2측면 냉각유로부와 연결되고, 상기 제4측면 냉각유로부는 상기 제3측면 냉각유로부에 일단부 측이 연결되고 타단부 측이 상기 제2하면 냉각유로부에 연결되어 하나의 순환 유로를 형성하고, 상기 냉각유체는 상기 상면 냉각유로부로 유입된 후 상기 제1측면 냉각유로부, 상기 제1하면 냉각유로부, 상기 제2측면 냉각유로부, 상기 제3측면 냉각유로부, 상기 제4측면 냉각유로부, 상기 제2하면 냉각유로부를 순차적으로 통과한 후 배출될 수 있다.

본 발명에서 상기 제1측면 냉각유로부가 위치된 측부 판부재에는 상기 빔 결합공간 내에서 결합된 고출력 레이저 빔이 통과하는 빔 투과창이 위치되며, 상기 제1측면 냉각유로부는 상기 빔 투과창을 감싸는 형태로 형성될 수 있다.

본 발명에서 상기 어레이 블록 본체부는 상기 하부 판부재의 상면에 안착되고, 상기 블록 냉각용 유로부는 일단부 측이 상기 제1하면 냉각유로부와 연결되고, 타단부 측이 상기 제2하면 냉각유로부와 연결되어 상기 제1하면 냉각유로부로부터 냉각유체가 유입된 후 상기 제2하면 냉각유로부로 냉각유체를 배출될 수 있다.

본 발명은 내부에 냉각유로가 일체로 형성되어 광섬유에서 빔 출력 시 발생되는 고열에 의해 변형이 방지되어 내구성을 향상시키고, 고출력 레이저 빔 결합 시 안정성을 크게 향상시키는 효과가 있다.

본 발명은 내부에서 고출력 레이저 빔을 결합하는 빔결합용 하우징의 내부에서 레이저 빔에 의해 가열되는 공기를 냉각시켜 레이저 빔의 결합 시 가열된 공기에 의한 빔의 결합이 방해되는 것을 방지하여 고출력 레이저 빔 결합 시 안정성을 더 크게 향상시키고, 고출력 레이저 빔의 품질을 안정적으로 확보할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 하우징의 냉각유로와 광섬유 어레이 블록의 냉각유로를 조립 구조로 일체화하여 하우징과 광섬유 어레이 블록을 동시에 냉각시켜 냉각구조를 단순화하고, 냉각 효율을 향상시킴으로써 제작 시 편의성을 확보하고, 하우징 내 불필요한 돌출부를 최소화하여 빔의 경로에 제한이 없어 레이저 빔을 결합 시키는 회절격자, 전송거울 등의 배치 시 자유도를 크게 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광섬유 어레이 블록의 일 실시예를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 어레이 블록의 일 실시예를 도시한 평단면도.
도 3은 본 발명에 따른 광섬유 어레이 블록의 다른 실시예를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 광섬유 어레이 블록의 다른 실시예를 도시한 종단면도.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 빔결합용 하우징 구조체의 일실시예를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 빔결합용 하우징 구조체의 일실시예를 도시한 분해 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 레이저 빔결합용 하우징 구조체의 일실시예에서 하부 판부재와 측부 판부재의 결합 상태를 예시한 확대 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 레이저 빔결합용 하우징 구조체의 일실시예에서 하부 판부재와 측부 판부재의 결합 상태를 예시한 확대 단면도.

본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 광섬유 어레이 블록의 일 실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 광섬유 어레이 블록의 일 실시예를 도시한 평단면도이다.

도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명에 따른 광섬유 어레이 블록의 일 실시예는 상부에 복수의 광섬유가 안착되거나, 일면에 복수의 광섬유가 융착될 수 있는 어레이 블록 본체부(300)를 포함하고, 어레이 블록 본체부(300) 내에는 냉각유체가 순환될 수 있는 블록 냉각용 유로가 형성된다.

어레이 블록 본체부(300)는 복수의 광섬유가 상부로 안착되고, 본 발명에 따른 광섬유 어레이 블록의 일 실시예는 상부로 안착된 복수의 광섬유를 고정시키는 광섬유 고정부재(600)를 더 포함할 수 있다.

어레이 블록 본체부(300)는 상면이 평면인 직육면체 또는 정육면체 형상인 것을 일 예로 한다.

광섬유 고정부재(600)는 복수의 광섬유 상에 안착되어 복수의 광섬유 상에 안착되어 광섬유의 위치를 고정하는 광섬유 고정용 막대부(610), 광섬유 고정용 막대부(610)의 양 단부 측에서 하부로 돌출되게 위치되어 하단부가 각각 어레이 블록 본체부(300)에 고정되는 제1막대 고정용 돌출부(620)와 제2막대 고정용 돌출부(630)를 포함한다.

복수의 광섬유는 어레이 블록 본체부(300)의 상면에서 어레이 블록 본체부(300)의 폭방향으로 배치되고, 광섬유 고정용 막대부(610)는 어레이 블록본체부의 폭방향으로 배치된 복수의 광섬유 상에 안착되어 광섬유의 위치를 고정한다.

제1막대 고정용 돌출부(620)와 제2막대 고정용 돌출부(630)는 광섬유 고정용 막대부(610)의 양 단부 측에서 각각 하부로 돌출되게 위치되어 어레이 블록 본체부(300)의 상면에 안착되어 고정되는 것을 일 예로 한다.

복수의 광섬유는 어레이 블록 본체부(300)의 상면에 원하는 채널 개수만큼 높이를 일정하게 맞춰 배열하여 폴리싱이 가능한 에폭시로 접합한다.

에폭시가 폴리싱이 불가능하다면 레이저 출력단의 폴리싱 공정이 불가능하므로 에폭시는 폴리싱이 가능한 에폭시로 사용된다.

또한, 본 발명에 따른 광섬유 어레이 블록의 일 실시예는 어레이 블록 본체부(300)의 후면에 접합되는 후면 마감판부재(300a) 및 어레이 블록 본체의 전면에 접합되어 광섬유와 광섬유 고정부재(30)의 전면을 덮는 전면 마감판부재(300b)를 포함한다.

어레이 블록 본체부(300), 후면 마감판부재(300a), 전면 마감판부재(300b)는 유리 등과 같이 레이저 빔을 투과시킬 수 있고, 레이저 빔의 파장에 대해 흡수가 적은 공지의 재질로 제조되며 더 상세함 설명은 생략함을 밝혀둔다.

어레이 블록 본체부(300), 후면 마감판부재(300a), 전면 마감판부재(300b)는 모두 동일한 재질로 제조되어 외부 온도영향에 따른 성능저하를 최소화 할 수 있는 구조이다.

전면 마감판부재(300b)는 어레이 블록 본체부(300)의 전면과 광섬유 고정부재(600)의 전면을 모두 덮는 형상으로 형성된다.

어레이 블록 본체부(300)의 전면과 후면, 광섬유의 끝단, 후면 마감판부재(300a)의 전면, 전면 마감판부재(300b)의 후면은 각각 서로 광학접합될 수 있도록 PV(Peek and Valley;최대 골깊이)가 λ/4(nm)이하로 폴리싱 처리된 면을 가진다.

λ는 기준 파장값으로 실질적인 PV(Peek and Valley;최대 골깊이)는 633/4(nm)이하임을 밝혀둔다.

즉, 어레이 블록 본체부(300)의 전면과 후면, 광섬유의 끝단, 후면 마감판부재(300a)의 전면, 전면 마감판부재(300b)의 후면은 각각 633/4(nm)의 표면거질기를 가지도록 폴리싱 처리되어 반데르발스 힘(Van der Waals force)을 이용한 광학 접합이 가능하게 된다.

또한, 어레이 블록 본체부(300)의 상면, 어레이 블록 본체부(300)의 상면에 안착되는 광섬유 고정부재(600)의 하부면은 각각 각각 633/4(nm)의 표면거질기를 가지도록 폴리싱 처리되어 반데르발스 힘(Van der Waals force)을 이용한 광학 접합이 가능하게 된다.

어레이 블록 본체부(300)의 상면에 안착되는 제1막대 고정용 돌출부(620)의 하부면과 제2막대 고정용 돌출부(630)의 하부면은 각각 633/4(nm)의 표면거질기를 가지도록 폴리싱 처리되어 광섬유 고정부재(600)는 반데르발스 힘(Van der Waals force)을 이용한 광학 접합을 통해 어레이 블록 본체부(300)에 접합된다.

어레이 블록 본체부(300), 후면 마감판부재(300a), 전면 마감판부재(300b)는 에폭시를 사용하지 않고 반데르발스 힘(Van der Waals force)을 이용한 광학 접합을 통해 서로 접합됨으로써 제조공정을 단순화하고, 제작이 용이하게 된다.

한편, 어레이 블록 본체부(300)의 내부에는 냉각유체가 순환될 수 있는 블록 냉각용 유로부(310)가 위치된다.

블록 냉각용 유로부(310)는 어레이 블록 본체부(300)의 내부에 위치되어 냉각유체가 흘러 어레이 블록 본체부(300)를 냉각시키는 블록 냉각용 메인 유로(311), 어레이 블록 본체부(300)의 일면에 위치되어 블록 냉각용 메인 유로(311)의 내부로 냉각 유체를 유입시키는 블록용 유체 유입구(312), 어레이 블록 본체부(300)의 타면에 위치되어 블록 냉각용 메인 유로(311)를 거친 냉각 유체를 배출시키는 블록용 유체 배출구(313)를 포함한다.

블록용 유체 유입구(312)는 이격되게 위치되어 각각 블록 냉각용 메인 유로(311)와 연결되는 제1유체 유입구와 제2유체 유입구를 포함하고, 블록용 유체 배출구(313)는 이격되게 위치되어 각각 블록 냉각용 메인 유로(311)와 연결되는 제1유체 배출구(313a)와 제2유체 배출구(313b)를 포함한다.

블록용 유체 유입구(312)는 어레이 블록 본체부(300)의 전면 또는 후면 측에 위치되는 것을 일 예로 하고, 블록용 유체 배출구(313)는 어레이 블록 본체부(300)의 양 측면 중 적어도 어느 한 측면에 위치되는 것을 일 예로 한다.

블록 냉각용 유로부(310)는 2개의 유입구와 2개의 배출구를 통해 블록 냉각용 메인 유로(311) 내로 냉각유체를 빠르게 공급하고, 블록 냉각용 메인 유로(311) 내 냉각유체를 빠르게 배출시켜 냉각유체의 이송 속도를 증대시켜 어레이 블록 본체부(300)의 냉각 효율을 크게 향상시키고, 수kW~수백kW급의 고출력 레이저 빔을 안정적으로 출력할 수 있도록 한다.

블록 냉각용 메인 유로(311)는 제1유체 유입구와 일직선으로 연결되는 제1블록 냉각용 유로(311a), 제2유체 유입구와 일직선으로 연결되고, 제1블록 냉각용 유로(311a)와 나란하게 위치되는 제2블록 냉각용 유로(311b), 제1유체 배출구(313a)와 일직선으로 연결되고 제1블록 냉각용 유로(311a)와 제2블록 냉각용 유로(311b)에 각각 교차되어 연결되는 제3블록 냉각용 유로(311c), 제2유체 배출구(313b)와 일직선으로 연결되고 제3블록 냉각용 유로(311c)와 나란하게 위치되며 제1블록 냉각용 유로(311a)와 제2블록 냉각용 유로(311b)에 각각 교차되어 연결되는 제4블록 냉각용 유로(311d)를 포함한다.

블록 냉각용 메인 유로(311)는 제1블록 냉각용 유로(311a), 제1블록 냉각용 유로(311a), 제1블록 냉각용 유로(311a), 제1블록 냉각용 유로(311a)를 포함하여 격자형으로 형성되어 어레이 블록 본체부(300)를 전체적으로 고르게 냉각시켜 냉각 효율을 크게 향상시키고, 수kW~수백kW급의 고출력 레이저 빔을 안정적으로 출력할 수 있도록 한다.

냉각유체는 냉각수인 것을 일 예로 하고, 이외에도 냉각용으로 사용되는 가스, 액체 등 다양한 유체를 사용할 수 있음을 밝혀둔다.

블록 냉각용 유로부(310)는 내부로 냉각유체를 공급하기 위한 냉각유체 공급라인부가 연결되고, 순환된 후 어레이 블록 본체부(300)를 냉각한 냉각유체를 배출시키는 냉각유체 배출라인부가 연결되고, 냉각유체 공급부에 의해 냉각유체가 블록 냉각용 유로부(310) 내로 공급되고 순환되는 구조는 공지의 냉각유체 순환 구조를 이용하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.

본 발명에 따른 광섬유 어레이 블록의 일 실시예는 어레이 블록 본체부(300)의 하부면에 위치되는 방열 시트부(320)를 더 포함할 수 있다.

방열 시트부(320)는 인듐 재질로 제조되어 방열 성능을 확보하여 어레이 블록 본체부(300)의 냉각 효율을 증대시킬 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 광섬유 어레이 블록의 다른 실시예를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 광섬유 어레이 블록의 다른 실시예를 도시한 종단면도이다.

도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명에 따른 광섬유 어레이 블록의 다른 실시예를 하기에서 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 광섬유 어레이 블록의 다른 실시예는 어레이 블록 본체부(300)의하면에 블록용 유체 유입구(312)와 블록용 유체 배출구(313)가 위치된다.

블록용 유체 유입구(312)와 블록용 유체 배출구(313)는 어레이 블록 본체부(300)의 하면에 위치되어 후술될 고출력 레이저 빔결합용 하우징 구조체의 하우징 본체(100)의 내부에서 하우징 본체(100)의 하부 판부재(110) 상에서 순환 냉각유로부(200)와 연결되는 것을 일 예로 한다.

한편, 블록 냉각용 메인 유로(311)는 지그재그 형상으로 형성되어 어레이 블록 본체부(300)를 냉각유체로 고르게 냉각할 수 있다.

또한, 광섬유 고정부재(600)의 내부에는 블록 냉각용 유로부(310)와 연결되는 보조 냉각용 유로부(640)가 위치된다.

보조 냉각용 유로부(640)는 복수의 광섬유와 접촉되어 복수의 광섬유의 위치를 고정시키는 광섬유 고정부재(600)를 냉각시켜 복수의 광섬유에서 빔 출력 시 발생되는 고열에 의해 광섬유 고정부재(600)의 변형을 방지한다.

보조 냉각용 유로부(640)는 광섬유 고정용 막대부(610) 내에 광섬유 고정용 막대부(610)의 길이 방향으로 위치되는 제1보조 냉각유로(641), 제1보조 냉각유로(641)의 일단부 측에서 블록 냉각용 유로부(310)와 연결되는 제2보조 냉각유로(642), 제1보조 냉각유로(641)의 타단부 측에서 블록 냉각용 유로부(310)와 연결되는 제3보조 냉각유로(643)를 포함한다.

냉각유체는 제2보조 냉각유로(642)를 통해 제1보조 냉각유로(641) 내로 유입된 후 제3보조 냉각유로(643)를 통해 배출되어 광섬유 고정부재(600)를 고르게 냉각시켜 열에 의한 변형을 방지한다.

도 5는 본 발명에 따른 고출력 레이저 빔결합용 하우징 구조체의 일실시예를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 고출력 레이저 빔결합용 하우징 구조체의 일실시예를 도시한 분해 사시도이다.

또한, 도 7은 본 발명에 따른 고출력 레이저 빔결합용 하우징 구조체의 일실시예에서 하부 판부재(110)와 측부 판부재(120)의 결합 상태를 예시한 확대 단면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 고출력 레이저 빔결합용 하우징 구조체의 일실시예에서 하부 판부재(110)와 측부 판부재(120)의 결합 상태를 예시한 확대 단면도이다.

도 5 내지 도 8을 참고하여 본 발명에 따른 고출력 레이저 빔결합용 하우징 구조체의 일실시예를 하기에서 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 고출력 레이저 빔결합용 하우징 구조체는 복수의 벽체로 감싸져 내부에 빔 결합공간(100a)이 형성된 하우징 본체(100)를 포함한다.

하우징 본체(100)의 빔 결합공간(100a)은 내부에서 복수의 광섬유에서 출력되는 복수의 레이저 빔을 결합시키는 공간으로 도시되지 않았지만 내부에 빔을 출력하는 복수의 광섬유, 복수의 광섬유에서 출력되는 빔을 반사하는 전송거울, 전송거울에서 반사된 복수의 빔을 결합하는 회절격자 등이 위치된다.

복수의 광섬유, 전송거울, 회절격자 등과 같이 고출력 레이저 빔을 결합하기 위해 하우징 본체(100)의 내부에 위치되는 구성은 공지의 구성으로 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.

하우징 본체(100)의 일면에는 빔 결합공간(100a)의 내부에서 결합된 결합빔이 통과될 수 있는 빔 투과창(101)이 구비된다.

빔 결합공간(100a) 내에서 복수의 레이저 빔을 결합한 결합빔은 빔 투과창(101)을 통과하여 외부로 출력된다.

또한, 하우징 본체(100)의 타면에는 복수의 광섬유가 통과되어 내부로 삽입되기 위한 광섬유 통과부(102)가 위치된다.

빔 투과창(101)과 광섬유 통과부(102)는 고출력 레이저의 빔결합을 위한 공지의 고출력 레이저 빔결합용 하우징에서 공지된 구조로 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.

하우징 본체(100)는 빔 결합공간(100a)을 감싸는 복수의 벽체 내에 냉각유체가 순환되어 내부에서 레이저 빔을 결합하면서 가열되는 공기를 냉각시키는 순환 냉각유로부(200)가 위치된다.

하우징 본체(100)는 빔 결합공간(100a)의 하부 측에 위치되는 하부 판부재(110), 하부 판부재(110) 상에 세워져 위치되고 빔 결합공간(100a)의 외측 둘레를 감싸는 측부 판부재(120), 측부 판부재(120)의 상부 측에 위치되어 빔 결합공간(100a)의 상부 측을 덮는 상부 판부재(130)를 포함한다.

하우징 본체(100)는 열전도율이 우수하고, 가격이 저렴한 알루미늄 재질, 알루미늄 합금 재질인 것을 일 예로 하고, 이외에도 열전도율이 우수한 구리 등 다른 공지의 재질로도 제조가 가능함을 밝혀둔다.

하부 판부재(110)와 상부 판부재(130)는 각각 동일한 사각 형상을 가지며 측부 판부재(120)는 사각 형상인 하부 판부재(110)와 상부 판부재(130)의 4개의 변에 각각 위치되어 내부에 빔 결합공간(100a)을 형성하는 것을 일 예로 한다.

하우징 본체(100)는 상면과 하면 즉, 하부 판부재(110)와 상부 판부재(130)가 사각 형상인 직육면체 또는 정육면체의 형상을 가지는 것을 일 예로 하고, 이외에도 공지의 다른 형상을 이용하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.

순환 냉각유로부(200)는 측부 판부재(120)의 내부에 위치되는 측면 냉각유로부(210), 하부 판부재(110)의 내부에 위치되는 하면 냉각유로부(220)를 포함한다.

또한, 순환 냉각유로부(200)는 상부 판부재(130)의 내부에 위치되는 상면 냉각유로부(230)를 더 포함할 수 있다.

측면 냉각유로부(210)와 하면 냉각유로부(220)는 서로 연결되고, 연결된 유로의 어느 일측 단부에 냉각유체를 유입시키는 냉각유체 공급라인부(200a)가 연결되고, 연결된 유로의 어느 타측 단부에 순환된 냉각유체를 배출시키는 냉각유체 배출라인부(200b)가 연결된다.

상면 냉각유로부(230)는 측면 냉각유로부(210)와 하면 냉각유로부(220)에 연결되어 냉각유체가 흐르는 하나의 유로를 형성한다.

하우징 본체(100)에는 하부 판부재(110)의 하면 냉각유로부(220)와 측면 판부재의 측면 냉각유로부(210)가 연결된 하나의 순환 유로가 형성될 수 있고, 순환 유로의 일단부 측은 냉각유체 공급라인부(200a)가 연결되는 입구가 되고, 순환 유로의 타단부 측은 냉각유체 배출라인부(200b)가 연결되는 출구가 된다.

또는, 하우징 본체(100)에는 하부 판부재(110)의 하면 냉각유로부(220), 측면 판부재의 측면 냉각유로부(210), 상부 판부재(130)의 상면 냉각유로부(230)가 연결된 하나의 순환 유로가 형성될 수 있고, 순환 유로의 일단부 측은 냉각유체 공급라인부(200a)가 연결되는 입구가 되고, 순환 유로의 타단부 측은 냉각유체 배출라인부(200b)가 연결되는 출구가 된다.

순환 냉각유로부(200)는 냉각유체 공급부와 연결되어 냉각유체가 내부로 순환하게 되어 하우징 본체(100)의 벽체를 냉각시킴으로써 하우징 본체(100) 내 공기를 냉각시킨다.

냉각유체 공급부는 도시되지 않았지만 냉각유체를 저장하는 저장탱크, 저장탱크와 순환 냉각유로부(200)의 입구를 연결하는 냉각유체 공급라인부(200a), 저장탱크와 순환 냉각유로부(200)의 출구를 연결하는 냉각유체 배출라인부(200b), 냉각유체 공급라인부(200a) 또는 냉각유체 배출라인부(200b)에 위치되어 저장탱크 내 냉각유체를 순환 냉각유로부(200)로 공급하는 펌프, 냉각유체 공급라인부(200a)에 위치되어 냉각유체 공급라인부(200a)의 유로를 개폐하는 밸브 등을 포함하는 공지의 구조를 이용하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 냉각유체 공급부는 저장탱크 내 냉각유체 즉, 냉각수를 다시 기설정된 온도로 냉각시키는 냉각부를 더 포함할 수 있고, 냉각부는 라디에이터, 칠러 등 공지의 냉각기기를 이용하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.

측면 냉각유로부(210), 하면 냉각유로부(220), 상면 냉각유로부(230)는 각각 지그 재그 형태로 형성되어 측부 판부재(120), 하면 판부재, 상면 판부재를 전체적으로 고르게 냉각시킬 수 있다.

측면 냉각유로부(210), 하면 냉각유로부(220), 상면 냉각유로부(230)를 포함하는 순환 유로의 입구는 상면 냉각유로부(230)의 일단부 측에 위치되고, 순환 유로의 출구는 하면 냉각유로부(220)의 타단부 측에 위치되며, 냉각유체는 상면 냉각유로부(230)로 유입되어 상면 냉각유로부(230)를 통해 측면 냉각유로부(210)를 냉각하고, 측면 냉각유로부(210)에서 하면 냉각유로부(220)로 이동되어 하면 냉각유로부(220)를 통해 배출되어 순환되는 구조를 가지는 것을 일 예로 한다.

이는 냉각유체가 최초로 상면 냉각유로부(230)로 유입되어 상부 판부재(130)를 우선적으로 냉각시켜 하우징 본체(100) 내 즉, 빔 결합공간(100a) 내의 공기에 대한 냉각효율을 극대화하는 것이다.

빔 결합공간(100a) 내에서 빔에 의해 가열된 공기는 대류 현상에 의해 뜨거운 공기가 위로 올라가고, 차가운 공기가 아래로 내려가게 되므로 이에 상부 판부재(130) 내 상면 냉각유로부(230)로 냉각유체를 유입시킴으로써 냉각 효율을 극대화할 수 있다.

더 상세하게 상면 냉각유로부(230)는 복수의 측부 판부재(211, 212, 213, 214) 중 어느 한 측부 판부재(121)의 제1측면 냉각유로부(211)와 연결되고, 하면 냉각유로부(220)는 제1측면 냉각유로부(211)와 연결되는 제1하면 냉각유로부(221) 및 복수의 측부 판부재(211, 212, 213, 214) 중 다른 측부 판부재(124)의 측면 냉각유로부(214)와 연결되는 제2하면 냉각유로부(222)를 포함한다.

제1측면 냉각유로부(211)는 제1하면 냉각유로부(221)와 연결되고, 제1하면 냉각유로부(221)는 다른 측부 판부재(120)의 다른 측면 냉각유로부(214)와 연결되고 복수의 다른 측면 냉각유로부(214)는 서로 연결되고, 연결된 측면 냉각유로는 제2하면 냉각유로부(222)와 연결된다.

그리고, 제2하면 냉각유로부(222)는 일단부가 연결된 복수의 다른 측면 냉각유로부(214)와 연결되고, 타단부가 냉각유체 배출라인부(200b)에 연결되어 냉각에 사용된 냉각유체를 최종적으로 하우징 본체(100)에서 배출시키게 된다.

일 예를 들면 복수의 측부 판부재(120)는 제1측부 판부재(121), 제2측부 판부재(122), 제3측부 판부재(123), 제4측부 판부재(124)를 포함하고, 측면 냉각유로부(210)는 제1측부 판부재(121) 내에 위치되는 제1측면 냉각유로부(211), 제2측부 판부재(122) 내에 위치되는 제2측면 냉각유로부(212), 제3측부 판부재(123) 내에 위치되는 제3측면 냉각유로부(213), 제4측부 판부재(124) 내에 위치되는 제4측면 냉각유로부(214)를 포함한다.

상면 냉각유로부(230)는 일단부 측이 냉각유체 공급라인부(200a)와 연결되고, 타단부 측이 제1측면 냉각유로부(211)와 연결되고, 제1측면 냉각유로부(211)는 일단부 측이 상면 냉각유로부(230)에 연결되고, 타단부 측이 제1하면 냉각유로부(221)와 연결된다.

제1하면 냉각유로부(221)는 일단부 측이 제2측면 냉각유로부(212)와 연결되고, 제3측면 냉각유로부(213)는 제2측면 냉각유로부(212)와 연결되고, 제4측면 냉각유로부(214)는 제3측면 냉각유로부(213)에 일단부 측이 연결되고 타단부 측이 제2하면 냉각유로부(222)에 연결된다.

순환 유로는 상면 냉각유로부(230), 제1측면 냉각유로부(211), 제1하면 냉각유로부(221), 제2측면 냉각유로부(212), 제3측면 냉각유로부(213), 제4측면 냉각유로부(214), 제2하면 냉각유로부(222) 순으로 연결되어 형성되고, 냉각유체는 상면 냉각유로부(230)로 유입된 후 제1측면 냉각유로부(211), 제1하면 냉각유로부(221), 제2측면 냉각유로부(212), 제3측면 냉각유로부(213), 제4측면 냉각유로부(214), 제2하면 냉각유로부(222)를 순차적으로 통과한 후 배출된다.

또한, 제1측부 판부재(121)에는 빔 결합공간(100a) 내에서 결합된 고출력 레이저 빔이 통과하는 빔 투과창(101)이 위치된다.

그리고, 제1측면 냉각유로부(211)는 빔 투과창(101)을 감싸는 형태로 형성되어 빔 투과창(101)을 냉각시켜 빔 투과창(101)의 열변형을 방지한다.

제1측부 판부재(121)는 상부 판부재(130)를 1차 가열한 냉각수가 2번째로 유입되므로 고열에 의한 열변형이 발생될 수 있는 빔 투과창(101)을 효율적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

한편, 하부 판부재(110), 측부 판부재(120), 상부 판부재(130)는 서로 볼트 체결로 조립되고 조립 시 측면 냉각유로부(210), 하면 냉각유로부(220), 상면 냉각유로부(230)는 서로 연결되어 하나의 순환 유로를 형성하게 된다.

하부 판부재(110), 측부 판부재(120), 상부 판부재(130)는 볼트 체결 이외에 공지의 다른 체결 구조를 통해 조립될 수 있음을 밝혀둔다.

상부 판부재(130)와 측부판부재는 서로 맞붙어 결합되어 상면 냉각유로부(230)와 측면 냉각유로부(210)가 연결되며, 하부 판부재(110)와 측부 판부재(120)는 서로 맞붙어 결합되어 하면 냉각유로부(220)와 측면 냉각유로부(210)가 연결된다.

하부 판부재(110), 측부 판부재(120), 상부 판부재(130)에서 냉각유로가 연결되는 부분에는 냉각유로의 연결부분을 감싸는 오링부재(400)가 위치된다.

오링부재(400)는 냉각유로가 연결되는 부분을 감싸 위치하며, 오링부재(400)의 양 측에는 각각 맞붙은 2개의 판을 체결하는 오링 고정용 체결볼트(500)가 각각 위치되어 실링 상태가 더 견고하게 위치될 수 있다.

오링 고정용 체결볼트(500)는 냉각유로가 연결되는 부분에서 오링부재(400)의 양 측에 각각 위치되어 하부 판부재(110)와 측부 판부재(120) 간의 조립, 측부 판부재(120) 간의 조립, 측부 판부재(120)와 상부 판부재(130)와의 조립 시 체결구로 사용됨과 아울러 오링이 위치되는 냉각유로의 연결부분을 강하게 가압하여 실링 효과를 증대시키는 역할을 한다.

또한, 하부 판부재(110)의 상면에는 복수의 광섬유가 안착되어 거치되는 어레이 블록 본체부(300)가 돌출되게 위치된다.

어레이 블록 본체부(300)는 하부 판부재(110)의 상면에 안착되어 볼트 체결로 조립된다.

어레이 블록 본체부(300)는 하부 판부재(110)의 상면에 볼트 체결 이외에 공지의 다른 체결 구조를 통해 조립될 수 있음을 밝혀둔다.

어레이 블록 본체부(300)의 내부에는 하면 냉각유로부(220)에 연결되는 블록 냉각용 유로부(310)가 위치된다.

블록 냉각용 유로부(310)는 하면 냉각유로부(220)에 연결되어 측면 냉각유로부(210), 하면 냉각유로부(220), 상면 냉각유로부(230)와 함께 하나의 순환 유로를 형성하게 된다.

더 상세하게 블록 냉각용 유로부(310)는 일단부 측이 제1하면 냉각유로부(221)와 연결되고, 타단부 측이 제2하면 냉각유로부(222)와 연결되어 제1하면 냉각유로부(221)로부터 냉각유체가 유입된 후 제2하면 냉각유로부(222)로 냉각유체를 배출한다.

또한, 블록 냉각용 유로부(310)는 광섬유 고정부재(600)의 내부에 위치된 보조 냉각용 유로부(640)와 연결된다.

즉, 블록 냉각용 유로부(310)는 제1보조 냉각유로(641), 제2보조 냉각유로(642), 제3보조 냉각유로(643)와 연결되어 하나의 순환 유로를 형성하고, 냉각유체가 어레이 블록 본체부(300) 및 광섬유 고정부재(600)를 냉각시킬 수 있다.

블록 냉각용 유로부(310)는 일단부 측이 제1하면 냉각유로부(221)와 연결되고, 타단부 측이 제2하면 냉각유로부(222)와 연결되어 ∩형상을 가지는 것을 일 예로 한다.

블록 냉각용 유로부(310)의 실시예는 상기에서 언급한 본 발명에 따른 냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록의 실시예와 동일하게 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.

블록 냉각용 유로부(310)와 제1하면 냉각유로부(221)의 연결부분 및 블록 냉각용 유로부(310)와 제2하면 냉각유로부(222)의 연결부분에는 오링부재(400)가 위치된다.

그리고, 오링부재(400)의 양 측에는 각각 어레이 블록 본체부(300)를 하부 판부재(110)에 체결하는 오링 고정용 체결볼트(500)가 각각 위치되어 실링 상태가 더 견고하게 위치될 수 있다.

오링 고정용 체결볼트(500)는 냉각유로가 연결되는 부분에서 오링부재(400)의 양 측에 각각 위치되어 어레이 블록 본체부(300)와 하부 판부재(110) 간의 조립 시 체결구로 사용됨과 아울러 오링부재(400)가 위치되는 냉각유로의 연결부분을 강하게 가압하여 실링 효과를 증대시키는 역할을 한다.

블록 냉각용 유로부(310)는 어레이 블록 본체부(300)의 상면에 복수의 광섬유가 안착되어 레이저 빔을 광섬유에서 출력할 때 발생되는 열에 의해 어레이 블록 본체부(300)가 가열되어 열변형되는 것을 방지한다.

그리고, 블록 냉각용 유로부(310)는 일단부 측이 제1하면 냉각유로부(221)와 연결되고, 타단부 측이 제2하면 냉각유로부(222)와 연결되어 다수의 광섬유에 의해 가열되는 어레이 블록 본체부(300)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

블록 냉각용 유로부(310)는 제1하면 냉각유로부(221)에서 분기되어 최종적으로 냉각유체가 배출되는 제2하면 냉각유로부(222)로 냉각유체를 흐르게 하여 다수의 광섬유에 의해 가열되는 어레이 블록 본체부(300)를 효율적으로 냉각시킬 수 있고, 어레이 블록 본체부(300)의 열변형에 의해 상면에 안착되는 광섬유의 위치가 가변되는 것을 방지하고, 고출력 레이저 빔 결합 시 광섬유의 위치를 안정적으로 유지시킬 수 있다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.

100 : 하우징 본체 100a : 빔 결합공간
101 : 빔 투과창 102 : 광섬유 통과부
110 : 하부 판부재 120 : 측부 판부재
121 : 제1측부 판부재 122 : 제2측부 판부재
123 : 제3측부 판부재 124 : 제4측부 판부재
130 : 상부 판부재 200 : 순환 냉각유로부
200a : 냉각유체 공급라인부 200b : 냉각유체 배출라인부
210 : 측면 냉각유로부 211 : 제1측면 냉각유로부
212 : 제2측면 냉각유로부 213 : 제3측면 냉각유로부
214 : 제4측면 냉각유로부 220 : 하면 냉각유로부
221 : 제1하면 냉각유로부 222 : 제2하면 냉각유로부
230 : 상면 냉각유로부 300 : 어레이 블록 본체부
300a : 후면 마감판부재 300b : 전면 마감판부재
310 : 블록 냉각용 유로부 311 : 블록 냉각용 메인 유로
311a : 제1블록 냉각용 유로 311b : 제2블록 냉각용 유로
311c : 제3블록 냉각용 유로 311d : 제4블록 냉각용 유로
312 : 블록용 유체 유입구 312a : 제1유체 유입구
312b : 제2유체 유입구 313 : 블록용 유체 배출구
313a : 제1유체 배출구 313b : 제2유체 배출구
400 : 오링부재 500 : 오링 고정용 체결볼트
600 : 광섬유 고정부재 610 : 광섬유 고정용 막대부
620 : 제1막대 고정용 돌출부 630 : 제2막대 고정용 돌출부
640 : 보조 냉각용 유로부 641 : 제1보조 냉각유로
642 : 제2보조 냉각유로 643 : 제3보조 냉각유로

Claims

상부에 복수의 광섬유가 안착되거나, 일면에 복수의 광섬유가 융착될 수 있는 어레이 블록 본체부를 포함하고,
상기 어레이 블록 본체부의 내부에는 냉각유체가 순환될 수 있는 블록 냉각용 유로부가 위치되며,
상부로 안착된 복수의 광섬유를 덮어 위치를 고정시키는 광섬유 고정부재를 더 포함하고,
상기 어레이 블록 본체부의 후면에 접합되는 후면 마감판부재 및 어레이 블록 본체의 전면에 접합되어 광섬유와 광섬유 고정부재의 전면을 덮는 전면 마감판부재를 더 포함하며,
상기 어레이 블록 본체부의 전면과 후면, 상기 광섬유의 끝단, 상기 후면 마감판부재의 전면, 상기 전면 마감판부재의 후면은 PV(Peek and Valley;최대 골깊이)가 633/4(nm)이하로 폴리싱 처리되어 각각 서로 광학접합되는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록.
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청구항 1에 있어서,
상기 광섬유 고정부재는,
복수의 광섬유 상에 안착되어 복수의 광섬유 상에 안착되어 광섬유의 위치를 고정하는 광섬유 고정용 막대부; 및
상기 광섬유 고정용 막대부의 양 단부 측에서 하부로 돌출되게 위치되어 하단부가 각각 상기 어레이 블록 본체부에 고정되는 제1막대 고정용 돌출부와 제2막대 고정용 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록.
청구항 1에 있어서,
상기 광섬유 고정부재는,
복수의 광섬유 상에 안착되어 복수의 광섬유 상에 안착되어 광섬유의 위치를 고정하는 광섬유 고정용 막대부; 및
상기 광섬유 고정용 막대부의 양 단부 측에서 하부로 돌출되게 위치되어 하단부가 각각 상기 어레이 블록 본체부에 고정되는 제1막대 고정용 돌출부와 제2막대 고정용 돌출부를 포함하고,
상기 어레이 블록 본체부의 상면 및 상기 어레이 블록 본체부의 상면에 안착되는 상기 제1막대 고정용 돌출부의 하부면과 상기 제2막대 고정용 돌출부의 하부면은 각각 633/4(nm)의 표면거질기를 가지도록 폴리싱 처리되어 상기 광섬유 고정부재는 광학 접합을 통해 상기 어레이 블록 본체부의 상면에 접합되는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록.
상부에 복수의 광섬유가 안착되거나, 일면에 복수의 광섬유가 융착될 수 있는 어레이 블록 본체부를 포함하고,
상기 어레이 블록 본체부의 내부에는 냉각유체가 순환될 수 있는 블록 냉각용 유로부가 위치되며,
상기 블록 냉각용 유로부는,
상기 어레이 블록 본체부의 내부에 위치되어 냉각유체가 흘러 어레이 블록 본체부를 냉각시키는 블록 냉각용 메인 유로;
상기 어레이 블록 본체부의 일면에 위치되어 상기 블록 냉각용 메인 유로의 내부로 냉각 유체를 유입시키는 블록용 유체 유입구;
상기 어레이 블록 본체부의 타면에 위치되어 상기 블록 냉각용 메인 유로를 거친 냉각 유체를 배출시키는 블록용 유체 배출구를 포함하고,
상기 블록용 유체 유입구는 이격되게 위치되어 각각 상기 블록 냉각용 메인 유로와 연결되는 제1유체 유입구와 제2유체 유입구를 포함하고,
상기 블록용 유체 배출구는 이격되게 위치되어 각각 상기 블록 냉각용 메인 유로와 연결되는 제1유체 배출구와 제2유체 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록.
청구항 6에 있어서,
상기 블록 냉각용 메인 유로는,
상기 제1유체 유입구와 일직선으로 연결되는 제1블록 냉각용 유로;
상기 제2유체 유입구와 일직선으로 연결되고, 상기 제1블록 냉각용 유로와 나란하게 위치되는 제2블록 냉각용 유로;
상기 제1유체 배출구와 일직선으로 연결되고 상기 제1블록 냉각용 유로와 상기 제2블록 냉각용 유로에 각각 교차되어 연결되는 제3블록 냉각용 유로; 및
상기 제2유체 배출구와 일직선으로 연결되고 상기 제3블록 냉각용 유로와 나란하게 위치되며 상기 제1블록 냉각용 유로와 상기 제2블록 냉각용 유로에 각각 교차되어 연결되는 제4블록 냉각용 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록.
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상부에 복수의 광섬유가 안착되거나, 일면에 복수의 광섬유가 융착될 수 있는 어레이 블록 본체부를 포함하고,
상기 어레이 블록 본체부의 내부에는 냉각유체가 순환될 수 있는 블록 냉각용 유로부가 위치되며,
상부로 안착된 복수의 광섬유를 덮어 위치를 고정시키는 광섬유 고정부재를 더 포함하고,
상기 광섬유 고정부재의 내부에는 상기 블록 냉각용 유로부와 연결되는 보조 냉각용 유로부가 위치되며,
상기 광섬유 고정부재는,
복수의 광섬유 상에 안착되어 복수의 광섬유 상에 안착되어 광섬유의 위치를 고정하는 광섬유 고정용 막대부; 및
상기 광섬유 고정용 막대부의 양 단부 측에서 하부로 돌출되게 위치되어 하단부가 각각 상기 어레이 블록 본체부에 고정되는 제1막대 고정용 돌출부와 제2막대 고정용 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 포함하며,
상기 보조 냉각용 유로부는,
상기 광섬유 고정용 막대부 내에 광섬유 고정용 막대부의 길이 방향으로 위치되는 제1보조 냉각유로;
상기 제1보조 냉각유로의 일단부 측에서 상기 블록 냉각용 유로부와 연결되는 제2보조 냉각유로; 및
상기 제1보조 냉각유로의 타단부 측에서 상기 블록 냉각용 유로부와 연결되는 제3보조 냉각유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록.
청구항 1, 청구항 6, 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 어레이 블록 본체부의 하부면에 위치되는 방열 시트부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 포함한 광섬유 어레이 블록.
복수의 벽체로 감싸져 내부에 복수의 광섬유에서 출력되는 복수의 레이저 빔을 결합시키는 빔 결합공간이 형성되고, 일면에 상기 빔 결합공간 내에서 결합된 레이저 결합빔이 통과될 수 있는 빔 투과창이 구비된 하우징 본체; 및
상기 하우징 본체 내에 위치되고 상부에 복수의 광섬유가 안착되거나, 일면에 복수의 광섬유가 융착될 수 있는 어레이 블록 본체부를 포함하고,
상기 하우징 본체의 벽체 내에는 냉각유체가 순환되어 내부에서 레이저 빔을 결합하면서 가열되는 공기를 냉각시키는 순환 냉각유로부가 위치되며,
상기 어레이 블록 본체부의 내부에는 냉각유체가 순환될 수 있는 블록 냉각용 유로부가 형성되고,
상부로 안착된 복수의 광섬유를 덮어 위치를 고정시키는 광섬유 고정부재를 더 포함하며,
상기 어레이 블록 본체부의 후면에 접합되는 후면 마감판부재 및 어레이 블록 본체의 전면에 접합되어 광섬유와 광섬유 고정부재의 전면을 덮는 전면 마감판부재를 더 포함하고,
상기 어레이 블록 본체부의 전면과 후면, 상기 광섬유의 끝단, 상기 후면 마감판부재의 전면, 상기 전면 마감판부재의 후면은 PV(Peek and Valley;최대 골깊이)가 633/4(nm)이하로 폴리싱 처리되어 각각 서로 광학접합되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔결합용 하우징 구조체.
청구항 11에 있어서,
상기 순환 냉각유로부는 상기 블록 냉각 유로부와 연결되어 하나의 순환 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔결합용 하우징 구조체.
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삭제
청구항 11에 있어서,
상기 광섬유 고정부재는,
복수의 광섬유 상에 안착되어 복수의 광섬유 상에 안착되어 광섬유의 위치를 고정하는 광섬유 고정용 막대부; 및
상기 광섬유 고정용 막대부의 양 단부 측에서 하부로 돌출되게 위치되어 하단부가 각각 상기 어레이 블록 본체부에 고정되는 제1막대 고정용 돌출부와 제2막대 고정용 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔결합용 하우징 구조체.
청구항 11에 있어서,
상기 광섬유 고정부재는,
복수의 광섬유 상에 안착되어 복수의 광섬유 상에 안착되어 광섬유의 위치를 고정하는 광섬유 고정용 막대부; 및
상기 광섬유 고정용 막대부의 양 단부 측에서 하부로 돌출되게 위치되어 하단부가 각각 상기 어레이 블록 본체부에 고정되는 제1막대 고정용 돌출부와 제2막대 고정용 돌출부를 포함하고,
상기 어레이 블록 본체부의 상면 및 상기 어레이 블록 본체부의 상면에 안착되는 상기 제1막대 고정용 돌출부의 하부면과 상기 제2막대 고정용 돌출부의 하부면은 각각 633/4(nm)의 표면거질기를 가지도록 폴리싱 처리되어 상기 광섬유 고정부재는 광학 접합을 통해 상기 어레이 블록 본체부의 상면에 접합되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔결합용 하우징 구조체.
복수의 벽체로 감싸져 내부에 복수의 광섬유에서 출력되는 복수의 레이저 빔을 결합시키는 빔 결합공간이 형성되고, 일면에 상기 빔 결합공간 내에서 결합된 레이저 결합빔이 통과될 수 있는 빔 투과창이 구비된 하우징 본체; 및
상기 하우징 본체 내에 위치되고 상부에 복수의 광섬유가 안착되거나, 일면에 복수의 광섬유가 융착될 수 있는 어레이 블록 본체부를 포함하고,
상기 하우징 본체의 벽체 내에는 냉각유체가 순환되어 내부에서 레이저 빔을 결합하면서 가열되는 공기를 냉각시키는 순환 냉각유로부가 위치되며,
상기 어레이 블록 본체부의 내부에는 냉각유체가 순환될 수 있는 블록 냉각용 유로부가 형성되고,
상기 블록 냉각용 유로부는,
상기 어레이 블록 본체부의 내부에 위치되어 냉각유체가 흘러 어레이 블록 본체부를 냉각시키는 블록 냉각용 메인 유로;
상기 어레이 블록 본체부의 일면에 위치되어 상기 블록 냉각용 메인 유로의 내부로 냉각 유체를 유입시키는 블록용 유체 유입구;
상기 어레이 블록 본체부의 타면에 위치되어 상기 블록 냉각용 메인 유로를 거친 냉각 유체를 배출시키는 블록용 유체 배출구를 포함하고,
상기 블록용 유체 유입구는 이격되게 위치되어 각각 상기 블록 냉각용 메인 유로와 연결되는 제1유체 유입구와 제2유체 유입구를 포함하고,
상기 블록용 유체 배출구는 이격되게 위치되어 각각 상기 블록 냉각용 메인 유로와 연결되는 제1유체 배출구와 제2유체 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔결합용 하우징 구조체.
청구항 17에 있어서,
상기 블록 냉각용 메인 유로는,
상기 제1유체 유입구와 일직선으로 연결되는 제1블록 냉각용 유로;
상기 제2유체 유입구와 일직선으로 연결되고, 상기 제1블록 냉각용 유로와 나란하게 위치되는 제2블록 냉각용 유로;
상기 제1유체 배출구와 일직선으로 연결되고 상기 제1블록 냉각용 유로와 상기 제2블록 냉각용 유로에 각각 교차되어 연결되는 제3블록 냉각용 유로; 및
상기 제2유체 배출구와 일직선으로 연결되고 상기 제3블록 냉각용 유로와 나란하게 위치되며 상기 제1블록 냉각용 유로와 상기 제2블록 냉각용 유로에 각각 교차되어 연결되는 제4블록 냉각용 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔결합용 하우징 구조체.
삭제
복수의 벽체로 감싸져 내부에 복수의 광섬유에서 출력되는 복수의 레이저 빔을 결합시키는 빔 결합공간이 형성되고, 일면에 상기 빔 결합공간 내에서 결합된 레이저 결합빔이 통과될 수 있는 빔 투과창이 구비된 하우징 본체,
상기 하우징 본체 내에 위치되고 상부에 복수의 광섬유가 안착되거나, 일면에 복수의 광섬유가 융착될 수 있는 어레이 블록 본체부를 포함하며,
상기 하우징 본체의 벽체 내에는 냉각유체가 순환되어 내부에서 레이저 빔을 결합하면서 가열되는 공기를 냉각시키는 순환 냉각유로부가 위치되고,
상기 어레이 블록 본체부의 내부에는 냉각유체가 순환될 수 있는 블록 냉각용 유로부가 형성되며,
상부로 안착된 복수의 광섬유를 덮어 위치를 고정시키는 광섬유 고정부재를 더 포함하고,
상기 광섬유 고정부재의 내부에는 상기 블록 냉각용 유로부와 연결되는 보조 냉각용 유로부가 위치되며,
상기 광섬유 고정부재는,
복수의 광섬유 상에 안착되어 복수의 광섬유 상에 안착되어 광섬유의 위치를 고정하는 광섬유 고정용 막대부; 및
상기 광섬유 고정용 막대부의 양 단부 측에서 하부로 돌출되게 위치되어 하단부가 각각 상기 어레이 블록 본체부에 고정되는 제1막대 고정용 돌출부와 제2막대 고정용 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각구조를 포함하며,
상기 보조 냉각용 유로부는,
상기 광섬유 고정용 막대부 내에 광섬유 고정용 막대부의 길이 방향으로 위치되는 제1보조 냉각유로;
상기 제1보조 냉각유로의 일단부 측에서 상기 블록 냉각용 유로부와 연결되는 제2보조 냉각유로; 및
상기 제1보조 냉각유로의 타단부 측에서 상기 블록 냉각용 유로부와 연결되는 제3보조 냉각유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔결합용 하우징 구조체.
복수의 벽체로 감싸져 내부에 복수의 광섬유에서 출력되는 복수의 레이저 빔을 결합시키는 빔 결합공간이 형성되고, 일면에 상기 빔 결합공간 내에서 결합된 레이저 결합빔이 통과될 수 있는 빔 투과창이 구비된 하우징 본체,
상기 하우징 본체 내에 위치되고 상부에 복수의 광섬유가 안착되거나, 일면에 복수의 광섬유가 융착될 수 있는 어레이 블록 본체부를 포함하고,
상기 하우징 본체의 벽체 내에는 냉각유체가 순환되어 내부에서 레이저 빔을 결합하면서 가열되는 공기를 냉각시키는 순환 냉각유로부가 위치되고,
상기 어레이 블록 본체부의 내부에는 냉각유체가 순환될 수 있는 블록 냉각용 유로부가 형성되며,
상기 하우징 본체는,
상기 빔 결합공간의 하부 측에 위치되는 하부 판부재;
상기 하부 판부재 상에 세워져 위치되고 빔 결합공간의 외측 둘레를 감싸는 측부 판부재;
상기 측부 판부재의 상부 측에 위치되어 빔 결합공간의 상부 측을 덮는 상부 판부재를 포함하고,
상기 순환 냉각유로부는,
상기 측부 판부재의 내부에 위치되는 측면 냉각유로부;
상기 하부 판부재의 내부에 위치되는 하면 냉각유로부; 및
상기 상부 판부재의 내부에 위치되는 상면 냉각유로부를 포함하며,
상기 측부 판부재는 제1측부 판부재, 제2측부 판부재, 제3측부 판부재, 제4측부 판부재를 포함하고,
상기 측면 냉각유로부는 상기 제1측부 판부재 내에 위치되는 제1측면 냉각유로부, 상기 제2측부 판부재 내에 위치되는 제2측면 냉각유로부, 상기 제3측부 판부재 내에 위치되는 제3측면 냉각유로부, 상기 제4측부 판부재 내에 위치되는 제4측면 냉각유로부를 포함하며,
상기 하면 냉각유로부는 상기 제1측면 냉각유로부와 연결되는 제1하면 냉각유로부와 상기 제4측면 냉각유로부와 연결되는 제2하면 냉각유로부를 포함하고,
상기 상면 냉각유로부는 일단부 측이 냉각유체 공급라인부와 연결되고, 타단부 측이 상기 제1측면 냉각유로부와 연결되고, 상기 제1측면 냉각유로부는 일단부 측이 상기 상면 냉각유로부에 연결되고, 타단부 측이 상기 제1하면 냉각유로부와 연결되며, 상기 제1하면 냉각유로부는 일단부 측이 상기 제2측면 냉각유로부와 연결되고, 상기 제3측면 냉각유로부는 상기 제2측면 냉각유로부와 연결되고, 상기 제4측면 냉각유로부는 상기 제3측면 냉각유로부에 일단부 측이 연결되고 타단부 측이 상기 제2하면 냉각유로부에 연결되어 하나의 순환 유로를 형성하고,
상기 냉각유체는 상기 상면 냉각유로부로 유입된 후 상기 제1측면 냉각유로부, 상기 제1하면 냉각유로부, 상기 제2측면 냉각유로부, 상기 제3측면 냉각유로부, 상기 제4측면 냉각유로부, 상기 제2하면 냉각유로부를 순차적으로 통과한 후 배출되며,
상기 어레이 블록 본체부는 상기 하부 판부재의 상면에 안착되고,
상기 블록 냉각용 유로부는 일단부 측이 상기 제1하면 냉각유로부와 연결되고, 타단부 측이 상기 제2하면 냉각유로부와 연결되어 상기 제1하면 냉각유로부로부터 냉각유체가 유입된 후 상기 제2하면 냉각유로부로 냉각유체가 배출되는 것을 특징으로 하는 고출력 레이저 빔결합용 하우징 구조체.
청구항 21에 있어서,
상기 제1측면 냉각유로부가 위치된 측부 판부재에는 상기 빔 결합공간 내에서 결합된 고출력 레이저 빔이 통과하는 빔 투과창이 위치되며,
상기 제1측면 냉각유로부는 상기 빔 투과창을 감싸는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 고출력 레이저 빔결합용 하우징 구조체.
삭제
청구항 21에 있어서,
상부로 안착된 복수의 광섬유를 덮어 위치를 고정시키는 광섬유 고정부재를 더 포함하고,
상기 광섬유 고정부재의 내부에는 상기 블록 냉각용 유로부와 연결되는 보조 냉각용 유로부가 위치되며,
상기 광섬유 고정부재는,
복수의 광섬유 상에 안착되어 복수의 광섬유 상에 안착되어 광섬유의 위치를 고정하는 광섬유 고정용 막대부; 및
상기 광섬유 고정용 막대부의 양 단부 측에서 하부로 돌출되게 위치되어 하단부가 각각 상기 어레이 블록 본체부에 고정되는 제1막대 고정용 돌출부와 제2막대 고정용 돌출부를 포함하고,
상기 보조 냉각용 유로부는,
상기 광섬유 고정용 막대부 내에 광섬유 고정용 막대부의 길이 방향으로 위치되는 제1보조 냉각유로;
상기 제1보조 냉각유로의 일단부 측에서 상기 블록 냉각용 유로부와 연결되는 제2보조 냉각유로; 및
상기 제1보조 냉각유로의 타단부 측에서 상기 블록 냉각용 유로부와 연결되는 제3보조 냉각유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔결합용 하우징 구조체.