WO2017174369A1 - Prallkühlvorrichtung für eine laserscheibe und zugehöriges laserscheibenmodul - Google Patents

Prallkühlvorrichtung für eine laserscheibe und zugehöriges laserscheibenmodul Download PDF

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WO2017174369A1
WO2017174369A1 PCT/EP2017/056992 EP2017056992W WO2017174369A1 WO 2017174369 A1 WO2017174369 A1 WO 2017174369A1 EP 2017056992 W EP2017056992 W EP 2017056992W WO 2017174369 A1 WO2017174369 A1 WO 2017174369A1
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plate
cooling device
support
recesses
cooling liquid
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PCT/EP2017/056992
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Alexander Killi
Vincent Kuhn
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Trumpf Laser Gmbh
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Publication date
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    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
    • H01S3/0604—Crystal lasers or glass lasers in the form of a plate or disc

Definitions

  • the invention relates to an impingement cooling device for a laser disk, with a particular disc-shaped support plate, on the front side of the laser disc can be fastened, with a support structure, on the front side, the back of the support plate is fixed, and with an impingement cooling for cooling the support plate by means of a cooling liquid wherein the support structure comprises a plurality of cooling liquid supply lines, from which the cooling liquid in the direction of the back of the support plate, in particular perpendicular to the back of the support plate exits, and a plurality of cooling liquid return lines, as well as a laser disk module with such a baffle cooling device.
  • Such an impingement cooling device has become known, for example, from US 2014/0 190 665 A1.
  • laser discs are glued to disc-shaped heat sinks (disc carrier) made of CVD diamond, which are cooled on the back by impingement flow.
  • the thermomechanical properties of the wafer carrier now determine the thermal lensing effect of the laser disk.
  • the impact cooling device disclosed in the aforementioned US 2014/060 665 A1 has a single recess adjacent to the rear side of the carrier plate and radially extending return lines.
  • a laser disk is mounted on a carrier plate which simultaneously forms a resonator mirror of a laser resonator.
  • a cooling liquid emerging from a nozzle opening impinges against the self-supporting rear side of the carrier plate, which is cooled thereby.
  • US Pat. No. 6,339,605 B1 discloses cooling for a laser disk mounted on a copper substrate.
  • the copper substrate is traversed by a cooling liquid, which is passed into microchannels of the copper substrate, which are open to the laser disk.
  • the back of the laser disk is thus cooled by the coolant flowing through the microchannels.
  • US 2007/0297469 A1 discloses a cooling system for a laser disk, which is mounted on a support plate made of diamond or sapphire. Within the carrier plate, near-surface microchannels extend for a cooling liquid.
  • the present invention is based on the object, in an impingement cooling device of the type mentioned to achieve a higher stiffness of the support plate with almost the same thermal resistance of the support plate, without having to increase the thickness of the (diamond) support plate.
  • a backing plate e.g., diamond material
  • a stiffening back support structure e.g., tungsten carbide or aluminum nitride
  • the recesses of the support structure may be open either to the back of the support plate, so that the cooling liquid directly against the back of the Support plate bounces (direct heat transfer of the support plate in the cooling liquid), or be closed to the back of the support plate out, so that the cooling liquid bounces against a bottom of the support plate. In the latter case, the direct contact between the cooling liquid and a solder located between the support plate and the support structure is avoided, thereby reducing the risk of corrosion.
  • the backing plate is formed of diamond material (e.g., CVD diamond or polycrystalline diamond composite (PDC)) and more particularly has a thickness of at most 5mm, preferably at most 3mm, more preferably at most 2mm.
  • the diamond material offers high thermal conductivity and at the same time enough inherent rigidity to prevent the shape of the front-mounted laser disk from being significantly affected by the backside cooling structures.
  • the carrier plate and the support structure are soldered, glued, sintered or connected to one another by so-called bonding, ie by a mechanically strong, rigid connection between two solids without the formation of an intermediate layer.
  • the back of the carrier plate is fixed to the front of a distributor plate having the recesses, the back of the distributor plate being attached to a support body having the supply and return lines.
  • the support body is formed of ceramic or hard metal and in particular has a thickness of at least 1 cm, preferably between 2cm and 10cm on.
  • the recesses extend as passage openings to the rear of the distributor plate.
  • the distributor plate may also have upstream of its recesses nozzle openings, which are aligned in the direction of the back of the carrier plate, in particular at right angles to the back of the carrier plate.
  • the distributor plate may be formed either from diamond material or, as is preferred, from ceramic or hard metal (eg tungsten carbide or aluminum nitride) and in particular have a thickness of at least 0.3 mm, preferably at least 0.5 mm.
  • the recesses of the distributor plate may be open towards the rear side of the carrier plate, in particular extending as passage openings from the front side to the rear side of the distributor plate, so that the cooling fluid impacts against the rear side of the carrier plate, or be closed by a bottom of the distributor plate, so that the coolant splashes against the bottom of the distributor plate.
  • a nozzle plate with nozzle openings which connect the leads of the support body respectively with the recesses of the distributor plate and in the direction of the back of the support plate, in particular at right angles to the back of the support plate, aligned, and with through holes, which connect the recesses of the distributor plate with the return lines arranged.
  • the nozzle plate is formed of diamond material (e.g., CVD or PDC diamond), ceramic or cemented carbide (e.g., tungsten carbide or aluminum nitride), and more preferably has a thickness of at least 0.3mm, preferably at least 0.5mm.
  • the individual components of the support structure are soldered to one another depending on the material pairing, e.g. by brazing on copper and / or silver, or glued, sintered or gebonded.
  • the rear side of the carrier plate has the recesses and is fastened to the front side of a support body which has the feed lines and return lines.
  • a carrier plate made of CVD diamond can be provided, for example, by laser processing on the back with the recesses for impinging the impact flow and then a shaft made of, for example, tungsten carbide with brazing solder on the structured back. Subsequently, the required supply and return lines can be introduced by spark erosion in the tungsten carbide.
  • the support body can also be composed of individual laser-cut perforated disks, which are soldered together to form a stack and whose soldering rather aligned with each other to form in the stack through feed and return lines.
  • the support body is preferably formed of ceramic or cemented carbide (e.g., tungsten carbide or aluminum nitride) and has a thickness of at least 0.5cm, preferably between 0.5cm and 10cm, in order to sufficiently increase the rigidity of the support plate.
  • ceramic or cemented carbide e.g., tungsten carbide or aluminum nitride
  • the supply and return lines are formed in the support body through passageways which are introduced side by side into the support body, e.g. are bored.
  • the supply lines in the support body each formed by a separate tube (for example, nozzle needle), which is arranged to form a (ring) gap in a passageway of the support body.
  • the return lines in the support body are each formed by the existing between the passageway and pipe (ring) gap.
  • the supply line of only a single return line is ring-shaped or partially ring-shaped, resulting in the case of an annular return line in a homogeneous spatial cooling distribution.
  • the return conduits may each be formed by a separate tube (e.g., nozzle needle) in a passageway of the support body and the inlets respectively through the passageway between the passageway and the tube
  • each of the supply lines of several return lines in particular point-symmetrical to the supply line, surrounded, wherein the return lines in turn depart from that recess of the distributor plate, in which the feed line surrounded by them opens.
  • each supply line is associated with a plurality of return lines, resulting in a homogeneous spatial cooling distribution.
  • the supply and return lines run parallel to one another in the longitudinal direction of the support structure, ie in the case of a support body in its thickness direction.
  • the invention also relates to a laser disk module having a baffle cooling device configured as above and having a laser disk which is fastened to the front side of the carrier plate of the baffle cooling device.
  • FIGS. 1 a, 1 b show a first exemplary embodiment of the impingement cooling device according to the invention for a laser disk in the mounted state (FIG. 1 a) and in an exploded view (FIG. 1 b);
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal section through the impingement cooling device of FIG. 1 in the region of a supply line arranged between two return lines;
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the impingement cooling device according to the invention in a schematic longitudinal section analogous to FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a third embodiment of the impingement cooling device according to the invention in a schematic longitudinal section analogous to FIG. 2;
  • FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of the impingement cooling device according to the invention in a schematic longitudinal section analogous to FIG. 2.
  • baffle cooling device 1 is used for cooling a laser disk 2 of a disk laser (not shown) by means of a cooling liquid.
  • the laser disk 2 is formed of laser active reinforcing material and may, for example, a Yb: YAG, Yb: LuAG, Yb: YAG, Yb: YLF, Yb: Lu 2 0 3 , Yb: LuAG, Yb: CALGO, Nd: YAG or Nd: YVO 4 crystal with a thickness of about 50 pm to about 500 ⁇ m.
  • the impingement cooling device 1 comprises a disk-shaped support plate 3, on the front side 3a of which the laser disk 2 is fastened, and a rear support structure 4 on which the rear side 3b of the support plate 3 is fastened.
  • the support structure 4 has a disk-shaped distributor plate 5, a disk-shaped nozzle plate 6 and a cylindrical support body (support block) 7 with a diameter of about 25- 40 mm.
  • the rear side 3b of the carrier plate 3 is fixed to the front side 5a of the distributor plate 5, the rear side 5b of which is in turn secured to the front side 6a of the nozzle plate 6.
  • the rear side 6b of the nozzle plate 6 is fixed to the front side 7a of the support body 7.
  • the carrier plate 3 is made of a diamond material, e.g. CVD diamond or polycrystalline diamond composite (PDC), which has a high thermal conductivity and at the same time a sufficiently high inherent rigidity in order to avoid a significant influence on the shape of the mounted on the front side 3a laser disc 2 by backside cooling structures.
  • the support plate 3 is only about 2-4mm thick.
  • the distributor plate 5 has a plurality of recesses 8 which are open towards the rear side 3b of the carrier plate 3 as well as to the front side 6a of the nozzle plate 6, thus extending as through-openings from the front side 5a to the rear side 5b of the distributor plate 5.
  • the distributor plate 5 may also be formed of a diamond material (e.g., CVD or PDC diamond) or alternatively ceramic or cemented carbide (e.g., tungsten carbide or aluminum nitride) to optimize cooling performance.
  • a diamond material e.g., CVD or PDC diamond
  • ceramic or cemented carbide e.g., tungsten carbide or aluminum nitride
  • the distributor plate 5 is only approx.
  • the nozzle plate 6 is formed of ceramic or hard metal and has a plurality of small nozzle openings 9 and a plurality of through channels 10, wherein each nozzle opening 9 is surrounded by a plurality of feedthrough channels 10.
  • the nozzle openings 9 are each directed at right angles to the back of the support plate 3.
  • the nozzle plate 6 is only about 0.5 mm thick.
  • the support body 7 is formed of ceramic or hard metal (eg tungsten carbide or aluminum nitride) and has a plurality of cooling liquid supply lines and return lines 11, 12 formed as passage channels with a line diameter of 0.3-5 mm (preferably 3 mm) parallel extend to each other in the thickness direction of the support body 7.
  • each supply line 1 1 is surrounded by several, here by way of example six return lines 12.
  • Each feed line 1 1 opens via one of the nozzle openings 9 of the nozzle plate 6 in one of the recesses 8 of the distributor plate 5. From each recess 8 in turn go through the passage channels 10 of the nozzle plate 5 from those six return lines 12, which the opening into this recess 8 Surrounding supply line 1 1.
  • the support body 7 is between 0.5cm to 10cm thick.
  • soldering, bonding, sintering or bonding processes are provided, depending on the material pairing.
  • a solder attention must be paid to compatibility between the solder and the cooling circuit with regard to corrosion.
  • brazing alloys based on copper and / or silver are used.
  • cooling liquid 13 flows into the impingement cooling device 1 via the supply line 1 1 of the support body 7 to the nozzle openings 9 of the nozzle plate 5 a. Since the opening cross-section of the nozzle opening 9 is smaller than the line cross-section of the supply line 1 1, the cooling liquid 13 exits the nozzle opening 9 accelerated in the recess 8 and bounces there against the back of the support plate 3 3b, which is thereby cooled.
  • This impingement cooling is designated 14 in FIG.
  • the bounced cooling liquid 13 then flows within the Recess 8 radially on the outside and on the through channels 10 of the nozzle plate 6 in the return lines 12 of the support body 7 a.
  • the impingement cooling device 1 shown in FIG. 3 differs only in that here the recess 8 of the distributor plate 5 is closed towards the back 3b of the carrier plate 3 through a bottom 17 of the distributor plate 5.
  • the cooling liquid 13 bounces against the bottom 17 of the distributor plate 3, so that the carrier plate 3 is not cooled directly by the cooling liquid 13, but indirectly via the bottom 17 of the distributor plate 3.
  • the direct contact between the cooling liquid 13 and a solder located between the carrier plate 3 and distributor plate 3 is thereby avoided and the risk of corrosion is reduced.
  • the impact cooling device 1 shown in FIG. 4 differs in that here the rear side 3b of the support plate 3 has the recess 8 'which is open toward the front side 7a of the support body 7 and is fastened directly to the front side 7a of the support body 7 is.
  • the supply line 1 1 opens into the recess 8 of the support plate 3, from which in turn the return lines 12 depart.
  • the cooling liquid 13 exits from the supply line 1 1 directly into the recess 8 and bounces there against the back 3b of the support plate 3, which is thereby cooled.
  • the recess 8 ' is introduced, for example, by laser processing in the back 3b of the support plate 3.
  • This structured back 3b of the support plate 3 is then soldered to the front side 7a of the support body 7 with brazing material.
  • the required supply and return lines 1 1, 12 are introduced into the supporting body 7 by spark erosion.
  • the support body 7 may be composed of individual laser cut perforated discs, which are soldered together in a stack and their holes are aligned with each other to form the continuous supply and return lines 1 1, 12 in the stack.
  • the impingement cooling device 1 shown in Fig. 5 differs only in that here the supply line 1 1 in the support body 7 by a separate, free-standing pipe 14 (eg stainless steel) is formed in a passage 15 of the support body 7 below Forming an annular gap 16 is arranged, and in the support body 7 only a single return line 12 extends, which is formed by the present between the pipe 14 and passage 15 annular gap 16.
  • the tube 14 extends with its one, free end up to the recess 8 'zoom in and is fixed at its other, fixed end to the back of the support body 7.
  • the distributor plate 5 of FIG. 3 or the carrier plate 3 of FIG. 4 can be used.

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Abstract

Bei einer Prallkühlvorrichtung (1) für eine Laserscheibe (2), aufweisend eine insbesondere scheibenförmige Trägerplatte (3), auf deren Vorderseite (3a) die Laserscheibe (2) befestigbar ist, eine Stützstruktur (4), an deren Vorderseite die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) befestigt ist, und eine Prallkühlung (14) zum Kühlen der Trägerplatte (3) mittels einer Kühlflüssigkeit (13), wobei die Stützstruktur (4) mehrere Kühlflüssigkeit-Zuleitungen (11), aus denen die Kühlflüssigkeit (13) in Richtung auf die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3), insbesondere rechtwinklig zur Rückseite (3b) der Trägerplatte (3), austritt, und mehrere Kühlflüssigkeit- Rückleitungen (12) aufweist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zu- undRückleitungen (11, 12) parallel zueinander in Längsrichtung der Stützstruktur (4) verlaufen, und dass die Stützstruktur (4) in ihrem an die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) angrenzenden Bereich mehrere Aussparungen (8) oder die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) mehrere zur Stützstruktur (4) hin offene Aussparungen (8') aufweist, wobei die Kühlflüssigkeit-Zuleitungen (11) in die mehreren Aussparungen (8; 8') münden und die Kühlflüssigkeit-Rückleitungen (12) von den mehreren Aussparungen (8; 8') abgehen.

Description

Prallkühlvorrichtunq für eine Laserscheibe und zugehöriges Laserscheibenmodul
Die Erfindung betrifft eine Prallkühlvorrichtung für eine Laserscheibe, mit einer insbesondere scheibenförmigen Trägerplatte, auf deren Vorderseite die Laser- scheibe befestigbar ist, mit einer Stützstruktur, an deren Vorderseite die Rückseite der Trägerplatte befestigt ist, und mit einer Prallkühlung zum Kühlen der Trägerplatte mittels einer Kühlflüssigkeit, wobei die Stützstruktur mehrere Kühlflüssigkeit- Zuleitungen, aus denen die Kühlflüssigkeit in Richtung auf die Rückseite der Trägerplatte, insbesondere rechtwinklig zur Rückseite der Trägerplatte, austritt, und mehrere Kühlflüssigkeit-Rückleitungen aufweist, sowie auch ein Laserscheibenmodul mit einer solchen Prallkühlvorrichtung.
Eine derartige Prallkühlvorrichtung ist beispielsweise durch die US 2014 / 0 190 665 A1 bekannt geworden. Üblicherweise werden Laserscheiben auf scheibenförmige Wärmesenken (Scheibenträger) aus CVD-Diamant geklebt, die rückseitig per Prallströmung gekühlt werden. Im Wesentlichen bestimmen nun die thermomechanischen Eigenschaften des Scheibenträgers die thermische Linsenwirkung der Laserscheibe. Dies führt zu hohen Anforderungen an Wärmeleitfähigkeit und Steifigkeit des Scheibenträgers, der daher aus CVD-Diamant ausgeführt wird, und bei höheren Laserleistungen zu dickeren Diamantscheiben, was mit hohen Herstellkosten verbunden ist. Mit anderen Worten wird höhere Steifigkeit bei nahezu gleichem Wärmewider- stand durch immer dickere Diamantscheiben erreicht.
Die aus der eingangs genannten US 2014 / 0 190 665 A1 bekannte Prallkühlvorrichtung weist eine einzige, an die Rückseite der Trägerplatte angrenzende Aussparung und radial verlaufende Rückleitungen auf.
Bei der aus der WO 201 1/130897 A1 bekannten Prallkühlvorrichtung ist eine Laserscheibe auf einer Trägerplatte montiert, die gleichzeitig einen Resonatorspiegel eines Laserresonators bildet. Eine aus einer Düsenöffnung austretende Kühlflüssigkeit prallt gegen die selbsttragende Rückseite der Trägerplatte, die dadurch gekühlt wird.
Aus der EP 1 213 801 A2 ist eine Kühleinrichtung bekannt, bei der der laseraktive Festkörper an seiner mit einer Deckschicht versehenen Rückseite direkt mit Kühlwasser gekühlt wird.
Aus US 6,339,605 B1 ist eine Kühlung für eine auf einem Kupfer-Substrat montierte Laserscheibe bekannt. Das Kupfer-Substrat wird von einer Kühlflüssigkeit durchströmt, die bis in Mikrokanäle des Kupfer-Substrats geleitet wird, welche zur Laserscheibe hin offen sind. Die Rückseite der Laserscheibe wird somit von der die Mikrokanäle durchströmenden Kühlflüssigkeit gekühlt.
Weiterhin ist aus der US 2007/0297469 A1 eine Kühlung für eine Laserscheibe bekannt, die auf einer Trägerplatte aus Diamant oder Saphir montiert ist. Innerhalb der Trägerplatte verlaufen oberflächennahe Mikrokanäle für eine Kühlflüssigkeit. Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei einer Prallkühlvorrichtung der eingangs genannten Art eine höhere Steifigkeit der Trägerplatte bei nahezu gleichem Wärmewiderstand der Trägerplatte zu erreichen, ohne dafür die Dicke der (Diamant)Trägerplatte erhöhen zu müssen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Zu- und Rücklei- tungen parallel zueinander in Längsrichtung der Stützstruktur verlaufen, und dass die Stützstruktur in ihrem an die Rückseite der Trägerplatte angrenzenden Bereich mehrere Aussparungen oder die Rückseite der Trägerplatte mehrere zur Stützstruktur hin offene Aussparungen aufweist, wobei die Kühlflüssigkeit-Zuleitungen in die mehreren Aussparungen münden und die Kühlflüssigkeit-Rückleitungen von den mehreren Aussparungen abgehen. Erfindungsgemäß erlauben eine Trägerplatte (z.B. aus Diamantwerkstoff) und eine von der Kühlflüssigkeit durchflossene, versteifende rückseitige Stützstruktur (z.B. aus Wolframcarbid oder Aluminiumnitrid) die Beibehaltung des geringen Wärmewiderstands einer Diamantwärmesenke. Da der Wärmewiderstand der Stützstruktur die Temperatur der Laserscheibe nicht beeinflusst, können hier Materialien mit hoher Steifigkeit und mit relativ hohem Wärmewiderstand eingesetzt werden.
FEM-Rechnungen haben gezeigt, dass eine ca. 2 mm dicke Trägerplatte aus CVD-Diamant und eine rückseitige Stützstruktur aus Wolframcarbid einen etwa gleichgroßen mechanischen Widerstand gegen ein thermisch induziertes Durch- biegen der Laserscheibe aufweisen wie eine ca. 10 mm dicke, rückseitig nicht abgestützte Trägerplatte aus CVD-Diamant. Weiterhin haben die FEM-Rechnungen gezeigt, dass eine ca. 2 mm dicke Trägerplatte aus polykristallinem Diamant- Komposit (PDC) und eine rückseitige Stützstruktur aus Wolframcarbid einen etwa gleichgroßen mechanischen Widerstand gegen ein thermisch induziertes Durch- biegen der Laserscheibe aufweisen wie eine ca. 3-4 mm dicke, rückseitig nicht abgestützte Trägerplatte aus CVD-Diamant.
Die Aussparungen der Stützstruktur können entweder zur Rückseite der Trägerplatte hin offen sein, so dass die Kühlflüssigkeit direkt gegen die Rückseite der Trägerplatte prallt (unmittelbarer Wärmeübergang der Trägerplatte in die Kühlflüssigkeit), oder aber zur Rückseite der Trägerplatte hin geschlossen sein, so dass die Kühlflüssigkeit gegen einen Boden der Trägerplatte prallt. Im letzteren Fall wird der direkte Kontakt zwischen der Kühlflüssigkeit und einem zwischen Trägerplatte und Stützstruktur befindlichen Lot vermieden und dadurch die Gefahr von Korrosion verringert.
Vorzugsweise ist die Trägerplatte aus Diamantwerkstoff (z.B. CVD-Diamant oder polykristallines Diamant-Komposit (PDC)) gebildet und weist insbesondere eine Dicke von höchstens 5mm, bevorzugt höchstens 3mm, besonders bevorzugt höchstens 2mm, auf. Der Diamantwerkstoff bietet hohe Wärmeleitfähigkeit und gleichzeitig genug Eigensteifigkeit, um zu verhindern, dass die Form der vorderseitig montierten Laserscheibe durch die rückseitigen Kühlstrukturen signifikant beeinflusst wird. Die Trägerplatte und die Stützstruktur sind je nach Materialpaa- rung aneinander gelötet, geklebt, gesintert oder durch sogenanntes Bonden, also durch eine mechanisch belastbare, starre Verbindung zwischen zwei Festkörpern ohne Bildung einer Zwischenschicht, miteinander verbunden.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Rückseite der Trägerplatte an der Vorderseite einer Verteilerplatte befestigt, welche die Aussparungen aufweist, wobei die Rückseite der Verteilerplatte an einem Stützkörper befestigt ist, der die Zu- und Rückleitungen aufweist. Vorzugsweise ist der Stützkörper aus Keramik oder Hartmetall gebildet und weist insbesondere eine Dicke von mindestens 1 cm, bevorzugt zwischen 2cm und 10cm, auf. Vorteilhafterweise erstrecken sich die Aussparungen als Durchgangsöffnungen bis zur Rückseite der Verteilerplatte. Alternativ kann die Verteilerplatte aber auch stromaufwärts ihrer Aussparungen Düsenöffnungen aufweisen, die in Richtung auf die Rückseite der Trägerplatte, insbesondere rechtwinklig zur Rückseite der Trägerplatte, ausgerichtet sind. Die Verteilerplatte kann entweder aus Diamantwerkstoff oder, was be- vorzugt ist, aus Keramik oder Hartmetall (z.B. Wolframcarbid oder Aluminiumnitrid) gebildet sein und insbesondere eine Dicke von mindestens 0,3mm, bevorzugt mindestens 0,5mm, aufweisen. Die Aussparungen der Verteilerplatte können zur Rückseite der Trägerplatte hin offen sein, insbesondere sich als Durchgangsöffnungen von der Vorderseite bis zur Rückseite der Verteilerplatte erstrecken, so dass die Kühlflüssigkeit gegen die Rückseite der Trägerplatte prallt, oder aber durch einen Boden der Verteilerplatte geschlossen sein, so dass die Kühlflüssigkeit gegen den Boden der Verteilerplatte prallt.
In einer Weiterbildung ist zwischen der Verteilerplatte und dem Stützkörper eine Düsenplatte mit Düsenöffnungen, welche die Zuleitungen des Stützkörpers jeweils mit den Aussparungen der Verteilerplatte verbinden und in Richtung auf die Rückseite der Trägerplatte, insbesondere rechtwinklig zur Rückseite der Trägerplatte, ausgerichtet sind, und mit Durchgangsöffnungen, welche die Aussparungen der Verteilerplatte mit den Rückleitungen verbinden, angeordnet. Durch die Düsenöffnung wird die Kühlflüssigkeit beschleunigt gegen die Rückseite der Trägerplatte geprallt. Vorzugsweise ist die Düsenplatte aus Diamantwerkstoff (z.B. CVD- oder PDC-Diamant), Keramik oder Hartmetall (z.B. Wolframcarbid oder Aluminiumnitrid) gebildet und weist insbesondere eine Dicke von mindestens 0,3mm, bevorzugt mindestens 0,5mm, auf. Vorzugsweise sind die einzelnen Komponenten der Stützstruktur je nach Materialpaarung jeweils aneinander gelötet, z.B. mittels Hartlot auf Kupfer-und/oder Silberbasis, oder aber geklebt, gesintert oder gebonded.
Bei anderen besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist vorge- sehen, dass die Rückseite der Trägerplatte die Aussparungen aufweist und an der Vorderseite eines Stützkörpers befestigt ist, der die Zuleitungen und Rückleitungen aufweist. Eine Trägerplatte aus CVD-Diamant kann z.B. durch Laserbearbeitung rückseitig mit den Aussparungen zum Auftreffen der Prallströmung versehen sein und dann ein Schaft aus z.B. Wolframcarbid mit Hartlot auf die strukturierte Rückseite aufgelötet werden. Anschließend können die benötigten Zu- und Rückleitungen per Funkenerosion in das Wolframcarbid eingebracht werden. Alternativ kann der Stützkörper auch aus einzelnen laserzugeschnittenen Lochscheiben zusammengesetzt sein, die zu einem Stapel zusammengelötet sind und deren Lö- eher miteinander fluchten, um im Stapel durchgehende Zu- und Rückleitungen auszubilden.
Der Stützkörper ist bevorzugt aus Keramik oder Hartmetall (z.B. Wolframcarbid oder Aluminiumnitrid) gebildet und weist eine Dicke von mindestens 0,5cm, bevorzugt zwischen 0,5cm und 10cm, auf, um die Steifigkeit der Trägerplatte in ausreichendem Maß zu erhöhen.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung sind die Zu- und Rückleitungen im Stützkörper durch Durchgangskanäle gebildet, die nebeneinander in den Stützkörper eingebracht, z.B. gebohrt sind. In einer hierzu alternativen Ausführungsvariante sind die Zuleitungen im Stützkörper hingegen jeweils durch ein separates Rohr (z.B. Düsennadel) gebildet, das unter Ausbildung eines (Ring)Spalts in einem Durchgangskanal des Stützkörpers angeordnet ist. Die Rückleitungen im Stützkörper sind jeweils durch den zwischen Durchgangskanal und Rohr vorhandenen (Ring)Spalt gebildet. In diesem Fall ist die Zuleitung von nur einer einzigen Rückleitung ring- oder teilringförmig umgeben, was im Fall einer ringförmigen Rückleitung in einer homogenen räumlichen Kühlungsverteilung resultiert. Alternativ können auch umgekehrt die Rückleitungen jeweils durch ein separates Rohr (z.B. Düsennadel) in einem Durchgangskanal des Stützkörpers und die Zuleitungen jeweils durch den zwischen Durchgangskanal und Rohr vorhandenen
(Ring)Spalt gebildet sein.
Vorzugsweise ist jede der Zuleitungen von mehreren Rückleitungen, insbesondere punktsymmetrisch zur Zuleitung, umgeben, wobei die Rückleitungen wiederum von derjenigen Aussparung der Verteilerplatte abgehen, in welche die von ihnen umgebene Zuleitung mündet. Mit anderen Worten sind jeder Zuleitung mehrere Rückleitungen zugeordnet, was in einer homogenen räumlichen Kühlungsverteilung resultiert. Aber auch eine inhomogene räumliche Kühlungsverteilung, z.B. aufgrund nur einer Rückleitung pro Zuleitung, kann eingesetzt werden, insbesondere wenn das Material der Trägerplatte eine ausreichend hohe Wärmespreizung innerhalb der Trägerplatte erlaubt. Vorteilhafterweise verlaufen die Zu- und Rückleitungen parallel zueinander in Längsrichtung der Stützstruktur, also im Falle eines Stützkörpers in dessen Dickenrichtung. Die Erfindung betrifft auch ein Laserscheibenmodul mit einer wie oben ausgebildeten Prallkühlvorrichtung und mit einer Laserscheibe, die an der Vorderseite der Trägerplatte der Prallkühlvorrichtung befestigt ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigen:
Fign. 1 a, 1 b ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Prallkühlvor- richtung für eine Laserscheibe im montierten Zustand (Fig. 1a) und in einer Explosionsdarstellung (Fig. 1 b);
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch die Prallkühlvorrichtung von Fig. 1 im Bereich einer zwischen zwei Rückleitungen angeordneten Zuleitung;
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Prallkühlvorrichtung in einem schematischen Längsschnitt analog zu Fig. 2;
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Prallkühlvorrichtung in einem schematischen Längsschnitt analog zu Fig. 2; und
Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Prallkühlvorrichtung in einem schematischen Längsschnitt analog zu Fig. 2.
In der folgenden Figurenbeschreibung werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet. Die in Fign. 1a und 1 b gezeigte Prallkühlvorrichtung 1 dient zum Kühlen einer Laserscheibe 2 eines Scheibenlasers (nicht gezeigt) mittels einer Kühlflüssigkeit. Die Laserscheibe 2 ist aus laseraktivem Verstärkungsmaterial gebildet und kann beispielsweise ein Yb:YAG-, Yb:LuAG-, Yb:YAG-, Yb:YLF-, Yb:Lu203-, Yb:LuAG-, Yb:CALGO-, Nd:YAG- oder Nd:YV04-Kristall mit einer Dicke von ca. 50pm bis ca. 500μιη sein.
Die Prallkühlvorrichtung 1 umfasst eine scheibenförmige Trägerplatte 3, auf deren Vorderseite 3a die Laserscheibe 2 befestigt ist, und eine rückseitige Stützstruktur 4, an der die Rückseite 3b der Trägerplatte 3 befestigt ist. Die Stützstruktur 4 weist eine scheibenförmige Verteilerplatte 5, eine scheibenförmige Düsenplatte 6 und einen zylindrischen Stützkörper (Stützblock) 7 mit einem Durchmesser von ca. 25- 40mm auf. Die Rückseite 3b der Trägerplatte 3 ist an der Vorderseite 5a der Verteilerplatte 5 befestigt, deren Rückseite 5b wiederum an der Vorderseite 6a der Düsenplatte 6 befestigt ist. Die Rückseite 6b der Düsenplatte 6 ist an der Vorderseite 7a des Stützkörpers 7 befestigt.
Die Trägerplatte 3 ist aus einem Diamantwerkstoff, z.B. aus CVD-Diamant oder polykristallinem Diamant-Komposit (PDC), gebildet, der eine hohe Wärmeleitfähig- keit und gleichzeitig eine ausreichend hohe Eigensteifigkeit aufweist, um eine signifikante Beeinflussung der Form der auf der Vorderseite 3a montierten Laserscheibe 2 durch rückseitige Kühlstrukturen zu vermeiden. Bevorzugt ist die Trägerplatte 3 lediglich ca. 2-4mm dick. Die Verteilerplatte 5 weist mehrere sowohl zur Rückseite 3b der Trägerplatte 3 als auch zur Vorderseite 6a der Düsenplatte 6 hin offene Aussparungen 8 auf, die sich also als Durchgangsöffnungen von der Vorderseite 5a bis zur Rückseite 5b der Verteilerplatte 5 erstrecken. Die Verteilerplatte 5 kann zur Optimierung des Kühlverhaltens ebenfalls aus einem Diamantwerkstoff (z.B. CVD- oder PDC- Diamant) oder alternativ aus Keramik oder Hartmetall (z.B. Wolframcarbid oder Aluminiumnitrid) gebildet sein. Bevorzugt ist die Verteilerplatte 5 lediglich ca.
0,5mm dick. Die Düsenplatte 6 ist aus Keramik oder Hartmetall gebildet und weist mehrere kleine Düsenöffnungen 9 und mehrere Durchgangskanäle 10 auf, wobei jede Düsenöffnung 9 von mehreren Durchführungskanälen 10 umgeben ist. Die Düsenöffnungen 9 sind jeweils rechtwinklig auf die Rückseite der Trägerplatte 3 gerichtet. Bevorzugt ist die Düsenplatte 6 lediglich ca. 0,5 mm dick.
Der Stützkörper 7 ist aus Keramik oder Hartmetall (z.B. Wolframcarbid oder Aluminiumnitrid) gebildet und weist mehrere als Durchgangskanäle ausgebildete Kühlflüssigkeit-Zuleitungen und -Rückleitungen 11 , 12 mit einem Leitungsdurch- messer von 0,3-5mm (bevorzugt 3 mm) auf, die parallel zueinander in der Dickenrichtung des Stützkörpers 7 verlaufen. Dabei ist jede Zuleitung 1 1 von mehreren, hier beispielhaft sechs Rückleitungen 12 umgeben. Jede Zuleitung 1 1 mündet über eine der Düsenöffnungen 9 der Düsenplatte 6 in eine der Aussparungen 8 der Verteilerplatte 5. Von jeder Aussparung 8 gehen wiederum über die Durch- gangskanäle 10 der Düsenplatte 5 diejenigen sechs Rückleitungen 12 ab, welche die in diese Aussparung 8 mündende Zuleitung 1 1 umgeben. Bevorzugt ist der Stützkörper 7 zwischen 0,5cm bis 10cm dick.
Zur Verbindung der einzelnen Komponenten 3, 5-7 der Prallkühlvorrichtung 1 sind je nach Materialpaarung Lötungen, Klebungen, Sinterungen oder Bondprozesse vorgesehen. Bei der Lotauswahl muss auf eine Kompatibilität zwischen Lot und Kühlkreislauf in Bezug auf Korrosion geachtet werden. Vorzugsweise werden daher - und auch wegen ihrer starken Haftung, hohen Festigkeit und Steifigkeit - Hartlote auf Kupfer-und/oder Silberbasis verwendet.
Wie in Fig. 2 lediglich schematisch für eine einzige Zuleitung 1 1 und zwei Rückleitungen 12 gezeigt ist, strömt Kühlflüssigkeit 13 in die Prallkühlvorrichtung 1 über die Zuleitung 1 1 des Stützkörpers 7 bis zu den Düsenöffnungen 9 der Düsenplatte 5 ein. Da der Öffnungsquerschnitt der Düsenöffnung 9 kleiner als der Leitungs- querschnitt der Zuleitung 1 1 ist, tritt die Kühlflüssigkeit 13 aus der Düsenöffnung 9 beschleunigt in die Aussparung 8 aus und prallt dort gegen die Rückseite 3b der Trägerplatte 3, die dadurch gekühlt wird. Diese Prallkühlung ist in Fig. 2 insgesamt mit 14 bezeichnet. Die abgeprallte Kühlflüssigkeit 13 strömt dann innerhalb der Aussparung 8 radial auch außen weiter und über die Durchgangskanäle 10 der Düsenplatte 6 in die Rückleitungen 12 des Stützkörpers 7 ein.
Von Fig. 2 unterscheidet sich die in Fig. 3 gezeigte Prallkühlvorrichtung 1 lediglich dadurch, dass hier die Aussparung 8 der Verteilerplatte 5 zur Rückseite 3b der Trägerplatte 3 hin durch einen Boden 17 der Verteilerplatte 5 hin geschlossen ist. Die Kühlflüssigkeit 13 prallt gegen den Boden 17 der Verteilerplatte 3, so dass die Trägerplatte 3 nicht direkt durch die Kühlflüssigkeit 13, sondern indirekt über den Boden 17 der Verteilerplatte 3 gekühlt wird. Der direkte Kontakt zwischen der Kühlflüssigkeit 13 und einem zwischen Trägerplatte 3 und Verteilerplatte 3 befindlichen Lot wird dadurch vermieden und die Gefahr von Korrosion verringert.
Von den Fign. 2 und 3 unterscheidet sich die in Fig. 4 gezeigte Prallkühlvorrichtung 1 dadurch, dass hier die Rückseite 3b der Trägerplatte 3 die Aussparung 8', die zur Vorderseite 7a des Stützkörpers 7 hin offen ist, aufweist und unmittelbar an der Vorderseite 7a des Stützkörpers 7 befestigt ist. Die Zuleitung 1 1 mündet in die Aussparung 8 der Trägerplatte 3, von der wiederum die Rückleitungen 12 abgehen. Die Kühlflüssigkeit 13 tritt aus der Zuleitung 1 1 unmittelbar in die Aussparung 8 aus und prallt dort gegen die Rückseite 3b der Trägerplatte 3, die dadurch ge- kühlt wird.
Die Aussparung 8' wird beispielsweise durch Laserbearbeitung in die Rückseite 3b der Trägerplatte 3 eingebracht. Diese strukturierte Rückseite 3b der Trägerplatte 3 wird dann mit Hartlot auf die Vorderseite 7a des Stützkörpers 7 aufgelötet. Ab- schließend werden die benötigten Zu- und Rückleitungen 1 1 , 12 per Funkenerosion in den Stützkörper 7 eingebracht. Alternativ kann der Stützkörper 7 auch aus einzelnen laserzugeschnittenen Lochscheiben zusammengesetzt sein, die zu einem Stapel zusammengelötet sind und deren Löcher miteinander fluchten, um die durchgehenden Zu- und Rückleitungen 1 1 , 12 im Stapel auszubilden.
Von Fig. 2 unterscheidet sich die in Fig. 5 gezeigte Prallkühlvorrichtung 1 lediglich dadurch, dass hier die Zuleitung 1 1 im Stützkörper 7 durch ein separates, freistehendes Rohr 14 (z.B. aus Edelstahl) gebildet ist, das in einem Durchgangskanal 15 des Stützkörpers 7 unter Ausbildung eines Ringspalts 16 angeordnet ist, und im Stützkörper 7 nur eine einzige Rückleitung 12 verläuft, die durch den zwischen Rohr 14 und Durchgangskanal 15 vorhandenen Ringspalt 16 gebildet ist. Das Rohr 14 reicht mit seinem einen, freien Ende bis an die Aussparung 8' heran und ist an seinem anderen, festen Ende an der Rückseite des Stützkörper 7 befestigt. Alternativ kann auch die Verteilerplatte 5 der Fig. 3 oder die Trägerplatte 3 der Fig. 4 eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Prallkühlvorrichtung (1) für eine Laserscheibe (2), aufweisend
eine insbesondere scheibenförmige Trägerplatte (3), auf deren Vorderseite (3a) die Laserscheibe (2) befestigbar ist,
eine Stützstruktur (4), an deren Vorderseite die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) befestigt ist, und
eine Prallkühlung (14) zum Kühlen der Trägerplatte (3) mittels einer Kühlflüssigkeit (13),
wobei die Stützstruktur (4) mehrere Kühlflüssigkeit-Zuleitungen (1 1), aus denen die Kühlflüssigkeit (13) in Richtung auf die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3), insbesondere rechtwinklig zur Rückseite (3b) der Trägerplatte (3), austritt, und mehrere Kühlflüssigkeit-Rückleitungen (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Zu- und Rückleitungen (1 1 , 12) parallel zueinander in Längsrichtung der Stützstruktur (4) verlaufen, und
dass die Stützstruktur (4) in ihrem an die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) angrenzenden Bereich mehrere Aussparungen (8) oder die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) mehrere zur Stützstruktur (4) hin offene Aussparungen (8') aufweist, wobei die Kühlflüssigkeit-Zuleitungen (1 1 ) in die mehreren Aussparungen (8; 8') münden und die Kühlflüssigkeit-Rückleitungen (12) von den mehreren Aussparungen (8; 8') abgehen.
2. Prallkühlvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (8) der Stützstruktur (4) zur Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) hin offen sind.
3. Prallkühlvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (8) der Stützstruktur (4) zur Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) hin geschlossen sind.
4. Prallkühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (3) aus Diamantwerkstoff gebildet ist und insbesondere eine Dicke von höchstens 5mm, bevorzugt höchstens 3mm, besonders bevorzugt höchstens 2mm, aufweist.
5. Prallkühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) an der Vorderseite (5a) einer Verteilerplatte (5) befestigt ist, welche die Aussparungen (8) aufweist, und dass die Rückseite (5b) der Verteilerplatte (5) an einem Stützkörper (7) befestigt ist, der die Zu- und Rückleitungen (1 1 , 12) aufweist.
6. Prallkühlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (8) der Verteilerplatte (5) zur Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) hin offen sind, insbesondere sich als Durchgangsöffnungen von der Vorderseite (5a) bis zur Rückseite (5b) der Verteilerplatte (5) erstrecken, und die Kühlflüssigkeit (13) gegen die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) prallt.
7. Prallkühlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (8) der Verteilerplatte (5) zur Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) hin durch einen Boden (17) der Verteilerplatte (5) geschlossen sind und die Kühlflüssigkeit (13) gegen den Boden (17) der Verteilerplatte (5) prallt.
8. Prallkühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (7) aus Keramik oder Hartmetall gebildet ist und insbesondere eine Dicke von mindestens 0,5cm, bevorzugt zwischen 0,5cm und 10cm, aufweist.
9. Prallkühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verteilerplatte (5) und dem Stützkörper (7) eine Düsenplatte (6) mit Düsenöffnungen (9), welche die Zuleitungen (1 1 ) des Stützkörpers (7) jeweils mit den Aussparungen (8) der Verteilerplatte (5) verbinden und in Richtung auf die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3), insbesondere rechtwinklig zur Rückseite (3b) der Trägerplatte (3), ausgerichtet sind, und mit Durchgangsöffnungen (10), welche die Aussparungen (8) der Verteilerplatte (5) mit den Rückleitungen (12) verbinden, angeordnet ist.
10. Prallkühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerplatte (5) und/oder die Düsenplatte (6) aus Diamantwerkstoff, Keramik oder Hartmetall gebildet ist und insbesondere eine Dicke von mindestens 0,3mm, bevorzugt mindestens 0,5mm, aufweist.
11. Prallkühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) die Aussparungen (8') aufweist und an der Vorderseite (7a) eines Stützkörpers (7) befestigt ist, der die Zuleitungen (1 1) und Rückleitungen (12) aufweist.
12. Prallkühlvorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (7) aus Keramik oder Hartmetall gebildet ist und insbesondere eine Dicke von mindestens 0,5cm, bevorzugt zwischen 0,5cm und 10cm, aufweist.
13. Prallkühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Rückleitungen (1 1 , 12) im Stützkörper (7) durch Durchgangskanäle gebildet sind.
14. Prallkühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (1 1 ) im Stützkörper (7) jeweils durch ein separates Rohr (14), das in einem Durchgangskanal (15) des Stützkörpers (7) angeordnet ist, und die Rückleitungen (12) im Stützkörper (7) jeweils durch einen Spalt (16) gebildet sind, der zwischen Durchgangskanal (15) und Rohr (14) vorhanden ist, oder umgekehrt.
15. Prallkühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (3) und die Stützstruktur (4) und/oder die einzelnen Komponenten (5-7) der Stützstruktur (4) jeweils aneinander gelötet, geklebt, gesintert oder gebonded sind.
16. Prallkühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Zuleitungen (11) von mehreren Rückleitun- gen (12) umgeben ist, die von derjenigen Aussparung (8; 8') der Verteilerplatte (5) abgehen, in welche die von ihnen umgebene Zuleitung (1 1 ) mün- det.
17. Laserscheibenmodul (20) mit einer Prallkühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer Laserscheibe (2), die an der Vorderseite (3a) der Trägerplatte (3) der Prallkühlvorrichtung (1) befestigt ist.
PCT/EP2017/056992 2016-04-05 2017-03-23 Prallkühlvorrichtung für eine laserscheibe und zugehöriges laserscheibenmodul WO2017174369A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201780021959.5A CN109075520A (zh) 2016-04-05 2017-03-23 用于激光器碟片的冲击冷却设备和对应的激光器碟片模块
EP17713274.3A EP3440748A1 (de) 2016-04-05 2017-03-23 Prallkühlvorrichtung für eine laserscheibe und zugehöriges laserscheibenmodul
KR1020187031676A KR102291295B1 (ko) 2016-04-05 2017-03-23 레이저 디스크를 위한 충돌 냉각 장치 및 관련 레이저 디스크 모듈
JP2018552237A JP6835870B2 (ja) 2016-04-05 2017-03-23 レーザディスク用のインピンジメント冷却装置および対応するレーザディスクモジュール
US16/148,269 US10727639B2 (en) 2016-04-05 2018-10-01 Impingement cooling device for a laser disk and associated laser disk module
US16/935,373 US11362475B2 (en) 2016-04-05 2020-07-22 Impingement cooling device for a laser disk and associated laser disk module

Applications Claiming Priority (2)

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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016205638B4 (de) * 2016-04-05 2019-05-09 Trumpf Laser Gmbh Prallkühlvorrichtung für eine Laserscheibe und zugehöriges Laserscheibenmodul
WO2019158215A1 (de) * 2018-02-19 2019-08-22 Trumpf Lasersystems For Semiconductor Manufacturing Gmbh Faraday-rotator, optischer isolator, treiberlaseranordnung und euv-strahlungserzeugungsvorrichtung
CN110010572B (zh) * 2018-12-29 2021-04-06 浙江集迈科微电子有限公司 用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器及其制作方法
JP7341673B2 (ja) * 2019-02-27 2023-09-11 三菱重工業株式会社 レーザ装置
CN111158621B (zh) * 2019-12-27 2021-10-22 联想(北京)有限公司 屏幕控制方法和电子设备
CN111682395A (zh) * 2020-05-06 2020-09-18 深圳技术大学 一种固体激光介质冷却结构及半导体泵浦固体激光器
CN112332210B (zh) * 2020-11-02 2022-01-25 北京工业大学 一种基于衬底散热的vcsel阵列芯片封装结构

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US297469A (en) 1884-04-22 stickney
US4552439A (en) * 1982-11-01 1985-11-12 Metalworking Lasers International Ltd. Cooled mirror and method of cooling same particularly useful in lasers
US6339605B1 (en) 2000-02-16 2002-01-15 The Boeing Company Active mirror amplifier system and method for a high-average power laser system
EP1213801A2 (de) 2000-12-09 2002-06-12 HAAS-LASER GmbH + Co. KG Laserverstärkersystem
US7075959B1 (en) * 2003-11-14 2006-07-11 Hamilton Sundstrand Corporation Cooling device for diode pumped laser
US20060266497A1 (en) * 2005-05-25 2006-11-30 International Business Machines Corporation High performance integrated mlc cooling device for high power density ics and method for manufacturing
WO2011130897A1 (zh) 2010-04-19 2011-10-27 华中科技大学 盘式固体激光器
US20130248153A1 (en) * 2010-12-07 2013-09-26 Breville Pty Limited Direct air impingment cooling of package structures
US20140019066A1 (en) 2009-04-14 2014-01-16 Airdar Inc. Method and system for measuring emission and quantifying emission source

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3789916B2 (ja) * 2003-11-05 2006-06-28 独立行政法人科学技術振興機構 固体レーザー装置
US20060083276A1 (en) 2004-09-28 2006-04-20 Snake Creek Lasers, Llc. Cryogenically cooled solid state lasers
US7656915B2 (en) * 2006-07-26 2010-02-02 Northrop Grumman Space & Missions Systems Corp. Microchannel cooler for high efficiency laser diode heat extraction
US8659896B2 (en) * 2010-09-13 2014-02-25 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Cooling apparatuses and power electronics modules
US8908737B2 (en) * 2011-04-04 2014-12-09 Coherent, Inc. Transition-metal-doped thin-disk laser
US20150096722A1 (en) 2012-03-02 2015-04-09 Logos Technologies, Llc Systems and methods for cooling disk lasers
US9484283B2 (en) * 2013-01-04 2016-11-01 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc. Modular jet impingement cooling apparatuses with exchangeable jet plates
CN103219645B (zh) * 2013-04-02 2015-05-20 大族激光科技产业集团股份有限公司 薄片激光器增益介质的冷却装置及激光器
DE102013211977B3 (de) * 2013-06-25 2014-10-09 Trumpf Laser Gmbh + Co. Kg Festkörperlaseranordnung
US9131631B2 (en) * 2013-08-08 2015-09-08 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Jet impingement cooling apparatuses having enhanced heat transfer assemblies
CN105305206B (zh) * 2015-11-03 2021-04-20 华中科技大学 一种适用于碟片激光器射流冲击冷却系统的热沉
DE102016205638B4 (de) * 2016-04-05 2019-05-09 Trumpf Laser Gmbh Prallkühlvorrichtung für eine Laserscheibe und zugehöriges Laserscheibenmodul

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US297469A (en) 1884-04-22 stickney
US4552439A (en) * 1982-11-01 1985-11-12 Metalworking Lasers International Ltd. Cooled mirror and method of cooling same particularly useful in lasers
US6339605B1 (en) 2000-02-16 2002-01-15 The Boeing Company Active mirror amplifier system and method for a high-average power laser system
EP1213801A2 (de) 2000-12-09 2002-06-12 HAAS-LASER GmbH + Co. KG Laserverstärkersystem
US7075959B1 (en) * 2003-11-14 2006-07-11 Hamilton Sundstrand Corporation Cooling device for diode pumped laser
US20060266497A1 (en) * 2005-05-25 2006-11-30 International Business Machines Corporation High performance integrated mlc cooling device for high power density ics and method for manufacturing
US20140019066A1 (en) 2009-04-14 2014-01-16 Airdar Inc. Method and system for measuring emission and quantifying emission source
WO2011130897A1 (zh) 2010-04-19 2011-10-27 华中科技大学 盘式固体激光器
US20130248153A1 (en) * 2010-12-07 2013-09-26 Breville Pty Limited Direct air impingment cooling of package structures

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