TWI661627B - 光纖冷卻裝置及雷射振盪器 - Google Patents

Abstract

可調整光纖之前端位置，且可高效率地冷卻光纖整體。

此冷卻裝置，具備冷卻底板7、光纖保持具21、調整構件22。冷卻底板7，具有收容凹部17。光纖保持具21，往第1方向移動自如地配置在收容凹部17。光纖保持具21，在表面保持光纖6之前端部，且調整光纖6在第1方向之前端位置。調整構件22，配置在光纖保持具21與收容凹部17之端面17b間之間隙，且在表面載置光纖6，可藉由往與第1方向交叉之第2方向移動而往第1方向移動。調整構件22，抵接於收容凹部17之端面17b及光纖保持具21之端面21b之兩者。

Description

光纖冷卻裝置及雷射振盪器

本發明係關於一種光纖冷卻裝置及具有此之雷射振盪器。

利用光纖之雷射振盪器已被廣泛地使用。此雷射振盪器利用從光源激發之激發光，藉由光纖使雷射光振盪。此雷射振盪器所用之光纖由例如摻雜有鉺等雷射介質之ZBLAN玻璃等氟化物玻璃形成。

此處，由於光纖所含之雷射介質因吸收激發光而發熱，因此會有光纖因此發熱而受損之情形。尤其是，在氟化物光纖，與石英光纖相較，耐熱性較低。

因此，如專利文獻1所示，提出一種用以冷卻光纖之冷卻裝置。在此專利文獻1之裝置，藉由金屬製散熱構件使光纖密合於冷媒所冷卻之散熱片之表面。金屬製散熱構件係形成為具有黏著性之薄膜狀，設成覆蓋光纖整體。

專利文獻1：日本特開2012-23274號公報

一般而言，雷射用光纖之長度不均勻。另一方面，為了將激發光高效率地導入光纖，必須將光纖前端與透鏡間之距離與中心軸正確地定位。

因此，使保持光纖前端部之保持具可沿著光軸移動，將光纖 前端與透鏡間之距離正確地定位後，將保持具加以固定。

此處，為了良好地冷卻光纖，使光纖整體密合於散熱片或保持具以使在光纖產生之熱高效率地散熱是相當重要的。因此，將保持具配置在設在散熱片之凹部，使散熱片表面與保持具表面成為面高相同，且使散熱片與保持具之間無間隙地密合是相當重要的。

然而，如上述，使保持具沿著光軸移動後，在保持具與散熱片之凹部端面之間產生間隙。若產生上述間隙，則通過間隙部分之光纖之一部分不易被冷卻。因此，此間隙部分之光纖成為高溫，其結果，無法提升雷射光之輸出。

本發明之課題在於在可調整光纖之前端位置之光纖之冷卻裝置，可高效率地冷卻光纖整體。

(1)本發明一形態之光纖冷卻裝置，具備冷卻底板、光纖保持具、調整構件。冷卻底板，具有收容凹部。光纖保持具，往第1方向移動自如地配置在冷卻底板之收容凹部。光纖保持具，在表面保持光纖之前端部，且調整保持之光纖在第1方向之前端位置。調整構件，配置在光纖保持具與收容凹部之端面間之間隙，且在表面載置光纖，可藉由往與第1方向交叉之第2方向移動而往第1方向移動。調整構件，抵接於收容凹部之端面及光纖保持具之端面之兩者。

此處，光纖之前端部保持在光纖保持具。光纖保持具移動自如地配置在冷卻底板上，因此可高精度地調整例如與透鏡之距離等。光纖保持具移動時，會有在光纖保持具之端面與收容有光纖保持具之冷卻底板之收容凹部之端面間產生間隙之情形。因此，在此兩者之間隙配置調整構 件，光纖保持具與調整構件與冷卻底板彼此抵接，而配置成無間隙。是以，載置在此等表面之光纖被高效率地冷卻。

(2)本發明另一形態之光纖冷卻裝置中，收容凹部之端面與調整構件之第1抵接部、及光纖保持具與調整構件之第2抵接部中至少一方，由相對於第1方向傾斜之端面彼此接觸而構成。

此處，藉由簡單構成，能使調整構件藉由往第2方向移動而往第1方向移動。

(3)本發明再一形態之光纖冷卻裝置中，收容凹部之與調整構件抵接之端面相對於第1方向傾斜。此外，調整構件藉由沿著收容凹部之傾斜之端面移動往第2方向移動。

此處，與上述相同，藉由簡單構成，能使調整構件藉由往第2方向移動而往第1方向移動。

(4)本發明再一形態之光纖冷卻裝置中，光纖保持具及調整構件之底面整體皆接觸收容凹部之表面。

此處，能使光纖之熱透過光纖保持具及調整構件高效率地散熱至冷卻底板。

(5)本發明再一形態之光纖冷卻裝置中，光纖保持具及調整構件之表面與冷卻底板之表面面高相同。

此處，能使光纖容易密合於冷卻底板、調整構件、及光纖保持具之各個之表面，可高效率地冷卻光纖。

(6)本發明一形態之雷射振盪器，具備：激發光源；振盪用光纖，導入來自激發光源之激發光並輸出雷射光；以及上述光纖冷卻裝置， 將振盪用光纖加以冷卻。

在上述本發明，在可調整光纖之前端位置之光纖之冷卻裝置，可高效率地冷卻光纖。

1‧‧‧雷射振盪器

2‧‧‧激發光源

6‧‧‧光纖

15‧‧‧保持裝置

17‧‧‧收容凹部

17b‧‧‧傾斜側面

21,31,41,51‧‧‧光纖保持具

22,32,42,52‧‧‧調整構件

22b,32b,42b,52b‧‧‧傾斜端面

圖1係雷射振盪器之概略構成圖。

圖2係顯示光纖之第1端部側之剖面圖。

圖3係顯示光纖之第2端部側之剖面圖。

圖4係保持裝置之外觀立體圖。

圖5係包含保持裝置之冷卻裝置之剖面圖。

圖6係說明光纖保持具及調整構件之位置調整動作之示意圖。

圖7係顯示本發明另一實施形態之光纖保持具及調整構件之示意圖。

圖8(a)、(b)係顯示本發明另一實施形態之光纖保持具及調整構件之示意圖。

(雷射振盪器之構成)

圖1係本發明一實施形態之雷射振盪器之概略構成圖。雷射振盪器1具備激發光源2、第1~第3透鏡3a,3b,3c、第1及第2分光鏡4a,4b、減振器5、光纖6、冷卻底板7、以及冷卻裝置8。此外，冷卻底板7及搭載於此之各構件雖收容在未圖示之筐體，但圖1中移除筐體來顯示。

激發光源2係使激發光振盪，可由例如燈或半導體雷射等構成。被激發光源2振盪之激發光係透過激發光傳送光纖2a輸出。

第1透鏡3a係作為準直鏡作用之透鏡，配置在激發光傳送光纖2a與後述冷卻底板7之第1窗部7a之間。第1透鏡3a將來自激發光源2之激發光從散射光之狀態轉換成平行光之狀態。

第2透鏡3b係作為聚光透鏡及準直鏡作用之透鏡，配置在第1分光鏡4a與光纖6之第1端部11之間。第2透鏡3b使藉由第1透鏡3a成為平行光之狀態之激發光聚光後導至光纖6，且將從光纖6放射之雷射光轉換成平行光之狀態。

第3透鏡3c係作為聚光透鏡及準直鏡作用之透鏡，配置在第2分光鏡4b與光纖6之第2端部12之間。第3透鏡3c將來自光纖6之激發光及雷射光轉換成平行光之狀態，且使來自第2分光鏡4b之雷射光聚光後導至光纖6。

第1分光鏡4a係配置在第1透鏡3a與第2透鏡3b之間。第1分光鏡4a使來自激發光源2之激發光透射過，且使來自光纖6之雷射光反射以改變行進方向。

第2分光鏡4b係配置在第3透鏡3c與減振器5之間。第2分光鏡4b使來自光纖6之激發光透射過，且使來自光纖6之雷射光反射。

減振器5係配置在第2分光鏡4b之下游側且吸收透射過第2分光鏡4b之激發光之構件。

(光纖6)

圖2係光纖6之第1端部11側之側面剖面圖，圖3係光纖6之第2端部12側之側面剖面圖。如圖2及圖3所示，光纖6具有第1光纖本體6a、第2光纖本體6b、第1終端罩6c、第2終端罩6d、及保持裝置15。

第1光纖本體6a係光纖6之主要部分，在此第1光纖本體6a產生雷射光。第1光纖本體6a具有第1芯部、形成為覆蓋第1芯部之第1包覆部。在第1芯部摻雜有雷射介質。第1包覆部之折射率較第1芯部低，未摻雜雷射介質。

第2光纖本體6b之一端面熱熔接於第1光纖本體6a之端面。第2光纖本體6b具有第2芯部、形成為覆蓋第2芯部之第2包覆部。第2光纖本體6b與第1光纖本體6a在同軸上延伸，具有與第1光纖本體6a之直徑大致相同之直徑。由於第2芯部未摻雜雷射介質，因此即使激發光射入亦不會發熱。亦即，在第2光纖本體6b不會產生雷射光。

如圖2所示，第1終端罩6c熱熔接於第2光纖本體6b之另一端面。第1終端罩6c為使激發光及雷射光透射過之光透射性，且不具有潮解性。

如圖3所示，第2終端罩6d熱熔接於第1光纖本體6a之另一端面，與第1終端罩6c構成相同。

(冷卻底板7及冷卻裝置8)

冷卻底板7，如圖1所示，形成為俯視時長方體狀，搭載第2及第3透鏡3b,3c、第1及第2分光鏡4a,4b、減振器5、以及包含保持裝置15之光纖6。

冷卻底板7具有具光透射性之第1窗部7a及第2窗部7b。來自光源2之激發光透過第1窗部7a進入冷卻底板7內，導至光纖6。來自光纖6之雷射光透過第2窗部7b輸出至冷卻底板7之外部。

又，冷卻底板7在表面具有收容凹部17，在內部具有冷媒 流動之流路18(參照圖5)。收容凹部17具有從冷卻底板7之表面7c低既定深度之表面17a、及側壁即傾斜側面17b及側面17c。傾斜側面17b係相對於光軸在光纖6端部之延伸方向(以下，記載為「第1方向」)傾斜既定角度而形成。側面17c形成為與第1方向平行。在此收容凹部17設置有保持裝置15，因此光纖6之端部被冷卻。

此外，收容冷卻底板7等之筐體之內部被氮氣填充。又，為了除去筐體內之水分，在筐體內放入乾燥劑。

冷卻裝置8係透過配管8a與冷卻底板7連接。冷卻裝置8調整在冷卻底板7內流動之冷媒之溫度。具體而言，冷卻裝置8將從冷卻底板7透過配管8a送來之冷媒加以冷卻。在冷卻裝置8冷卻之冷媒係透過配管8a返回冷卻底板7。

(保持裝置15)

圖4係顯示設在第1端部11之保持裝置15之立體圖。又，圖5係顯示保持裝置15之剖面示意圖。保持裝置15具有保持光纖6之端部之機能與冷卻保持之端部之機能。保持裝置15具有光纖保持具21、調整構件22、第1~第3蓋構件23,24,25。

此外，在此雷射振盪器，由冷卻底板7、冷卻裝置8、及保持裝置15構成光纖冷卻裝置。

光纖保持具21為銅製之塊體狀構件。在光纖保持具21之一表面形成用以收容光纖6之光纖用槽，且在其一部分設有銦等熱傳導構件27。又，光纖保持具21之第1方向之兩端面21a,21b係形成為與第1方向正交。

第1蓋構件23可安裝在光纖保持具21之表面。在第1蓋構件23之與光纖保持具21對向側之表面形成用以收容光纖6之光纖用槽，且設有銦等熱傳導構件28。又，在第1蓋構件23形成四個貫通孔23a，在光纖保持具21，在對應第1蓋構件23之貫通孔23a之位置形成有四個螺紋孔21c。

第2蓋構件24可安裝在光纖保持具21之表面，除了尺寸不同、及在光纖保持具21側之表面未設置熱傳導構件之點外，與第1蓋構件23構成相同。

調整構件22與光纖保持具21一起收容在冷卻底板7之收容凹部17。更詳細而言，調整構件22係配置在光纖保持具21與收容凹部17之傾斜側面17b之間。在調整構件22之表面形成有用以收容光纖6之光纖用槽。又，調整構件22之光纖保持具21側之端面22a係形成為與第1方向正交。此端面22a整面可抵接於光纖保持具21之端面21b。又，調整構件22之相反側之傾斜端面22b相對於第1方向傾斜。此傾斜端面22b之傾斜角度與收容凹部17之傾斜側面17b角度相同。此外，調整構件22之傾斜端面22b整面可抵接於收容凹部17之傾斜側面17b。

第3蓋構件25與調整構件22形狀相同，可安裝在調整構件22之表面。在第3蓋構件25之與調整構件22對向側之表面形成用以收容光纖6之光纖用槽。又，在第3蓋構件25形成四個貫通孔25a，在調整構件22，在對應第3蓋構件25之貫通孔25a之位置形成有四個螺紋孔22c。

藉由上述構成，藉由將貫通第1~第3蓋構件23,24，25之貫通孔之螺栓(未圖示)螺入光纖保持具21及調整構件22之螺紋孔，可在光纖 保持具21及調整構件22與第1~第3蓋構件23~25之間夾入光纖6之狀態下保持光纖6。

又，光纖保持具21，為了調整光纖6之前端與第2透鏡3b之間之距離，可沿著光軸(沿著第1方向)移動。又，藉由使調整構件22沿著收容凹部17之傾斜側面17b移動，能使調整構件22往第1方向移動。因此，在進行光纖保持具21在第1方向之位置調整後，使調整構件22沿著傾斜側面17b移動，藉此可藉由調整構件22填埋光纖保持具21之端面21b與收容凹部17之傾斜側面17b間之間隙。

此外，以未圖示之任意方法將如上述調整位置之光纖保持具21及調整構件22固定在冷卻底板7。例如，只要在光纖保持具21及調整構件22設置貫通孔，以設在冷卻底板7之螺紋孔之螺栓固定即可。此情形，預先設設在光纖保持具21之貫通孔為沿著第1方向之長孔、設在調整構件22之貫通孔為沿著傾斜端面22b之長孔，藉此，光纖保持具21能在沿著第1方向調整之任意位置固定，調整構件22能在沿著傾斜端面22b(沿著傾斜側面17b)調整之任意位置固定。

此處，光纖保持具21及調整構件22之厚度係設定成此等收容在收容凹部17時光纖保持具21及調整構件22之表面與冷卻底板7之表面7c成為面高相同。

此外，在本實施形態，在冷卻底板7之第2端部12側未形成收容凹部。此外，藉由光纖保持具21及第1蓋構件23保持光纖6之前端部。當然，關於第2端部12側，亦可與第1端部11側構成相同。

(動作)

在激發光源2振盪之激發光從激發光傳送光纖2a輸出，在第1透鏡3a成為平行光之狀態，透過第1窗部7a進入冷卻底板7之收容凹部17內。進入收容凹部17內之激發光透射過第1分光鏡4a，在第2透鏡3b被聚光，從光纖6之第1端部11射入光纖6。

射入光纖6之激發光在第1光纖本體6a之第1芯部內傳遞，摻雜在第1芯部之雷射介質激發後輸出雷射光。此外，在第2芯部不會輸出雷射光。此外，從光纖6之第2端部12放射之激發光透射過第3透鏡3c、第2分光鏡4b，被減振器5吸收。

另一方面，在第1光纖本體6a之第1芯部內產生之雷射光，從光纖6之第2端部12放射，在第3透鏡3c轉換成平行光之狀態。接著，雷射光在第2分光鏡4b被反射，在第3透鏡3c被聚光，從第2端部12側射入光纖6。射入光纖6內之雷射光在第1光纖本體6a之第1芯部內傳遞，從光纖6之第1端部11放射。接著，雷射光藉由第2透鏡3b轉換成平行光之狀態，在第1分光鏡4a被反射而朝向第2窗部7b般地改變行進方向，透過第2窗部7b往冷卻底板7之外部放射。

在上述雷射振盪動作，在光纖6，尤其是激發光導入之第1端部11成為高溫。因此，在第1端部11之保持裝置15，使光纖保持具21透過調整構件22密合於冷卻底板7，使在光纖6之端部產生之熱高效率地冷卻。

(光纖保持具21之位置調整及調整構件22之安裝)

如上述，光纖6之前端位置與第2透鏡3b間之距離必須高精度地設定。因此，在光纖保持具21安裝光纖6後，使光纖保持具21沿著光軸方向(第 1方向)移動，調整光纖6之前端位置。

例如，首先，在圖6之右側所示之位置安裝光纖保持具21，在此位置，與第2透鏡3b間之距離過大。此情形，必須使光纖保持具21往第2透鏡側3b側移動(圖6中，調整寬D)。使光纖保持具21往第2透鏡側3b側移動距離D時，若使調整構件22維持不動，則會在光纖保持具21與調整構件22之間產生間隙。在此狀態下，位於兩者之間隙上之光纖6皆未接觸光纖保持具21及調整構件22，因此無法高效率地冷卻。

因此，如圖6之左側所示，使調整構件22沿著收容凹部17之傾斜側面17b在圖6中往右側移動。如此，調整構件22在圖6中往右側移動且亦往光纖保持具21側移動。接著，在調整構件22之端面22a抵接於光纖保持具21之端面21b之狀態下，停止調整構件22之移動，在該位置固定於冷卻底板7。

藉由上述調整，光纖6之端部整體抵接於光纖保持具21及調整構件22、進而冷卻底板7之表面。是以，能使光纖6之熱高效率地散熱，可避免光纖6成為高溫。

此外，即使藉由上述調整，光纖保持具21之光軸之位置亦不會變化。亦即，如圖6所示，距離冷卻底板7之端面之距離W在調整前後相同。

(其他實施形態)

本發明並不限於上述實施形態，在不脫離本發明範圍內可進行各種變形或修正。

(1)在上述實施形態，雖設調整構件之光纖保持具側之端面 為與第1方向正交之面，但只要不與相反側之傾斜端面之傾斜角度為相同角度，則可設定成任意角度。關於此情形之調整構件之形狀，圖7及圖8顯示具體例。

圖7所示之例，使調整構件32之一端面32a相對於光軸方向(第1方向)傾斜，且另一傾斜端面32b亦往相同方向傾斜。此外，如上述，一端面32a之傾斜角度與另一傾斜端面32b之傾斜角度不同。另一傾斜端面32b與冷卻底板7之收容凹部17之傾斜側面17b為相同傾斜角度。

此外，此例之情形，光纖保持具31之與調整構件32接觸側之端面31b亦以與調整構件32之一端面32a相同之角度傾斜形成。

又，圖8(a)、(b)之例，使調整構件42,52之一端面42a,52a相對於光軸方向傾斜，使另一傾斜端面42b,52b往與端面42a,52a相反方向傾斜。

此外，與上述相同，圖8所示之例之情形，光纖保持具41,51之與調整構件42,52接觸側之端面41b,51b亦以與調整構件42,52之一端面42a,52a相同之角度傾斜形成。

(2)在上述實施形態，雖使光纖保持具21及調整構件22之表面與冷卻底板7之表面7c面高相同，但亦可在此等表面之間具有段差。

(3)雖將包含保持裝置15之冷卻裝置適用於雷射振盪器，但本發明之冷卻裝置同樣地亦可適用於在其他光纖裝置保持光纖並加以冷卻時。

(4)待保持之光纖之構成並不限於上述實施形態。

(5)雖設冷卻底板7在內部具有冷媒流動之流路18，但亦可 省略流路18，使來自光纖6之熱往與冷卻底板7之外面相接之流體或構件散熱。

Claims (6)

1. 一種光纖冷卻裝置，具備：冷卻底板，具有收容凹部；光纖保持具，往第1方向移動自如地配置在該冷卻底板之收容凹部，在表面保持光纖之前端部且調整保持之光纖在該第1方向之前端位置；以及調整構件，配置在該光纖保持具與該收容凹部之端面間之間隙且在表面載置光纖，可藉由往與該第1方向交叉之第2方向移動而往該第1方向移動，抵接於該收容凹部之端面及該光纖保持具之端面之雙方。
2. 如申請專利範圍第1項之光纖冷卻裝置，其中，該收容凹部之端面與該調整構件之第1抵接部、及該光纖保持具與該調整構件之第2抵接部中至少一方，由相對於該第1方向傾斜之端面彼此接觸而構成。
3. 如申請專利範圍第1或2項之光纖冷卻裝置，其中，該收容凹部之與該調整構件抵接之端面相對於該第1方向傾斜；該調整構件藉由沿著該收容凹部之傾斜之端面移動往該第2方向移動。
4. 如申請專利範圍第1或2項之光纖冷卻裝置，其中，該光纖保持具及該調整構件，兩者之底面整體皆接觸該收容凹部之表面。
5. 如申請專利範圍第1或2項之光纖冷卻裝置，其中，該光纖保持具及該調整構件之表面與該冷卻底板之表面同面高。
6. 一種雷射振盪器，具備：激發光源；振盪用光纖，導入來自該激發光源之激發光並輸出雷射光；以及申請專利範圍第1或2項之光纖冷卻裝置，用以冷卻該振盪用光纖。