JP2633482B2 - Laser rod holding and cooling structure - Google Patents
Laser rod holding and cooling structureInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は固体レーザ発振装置用の
レーザロッドの保持冷却構造に関し、特に半導体レーザ
による励起光の照射を受けてレーザ光を生じるレーザロ
ッドの効率的冷却を可能とするレーザロッドの保持冷却
構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser rod holding / cooling structure for a solid-state laser oscillator, and more particularly to a laser capable of efficiently cooling a laser rod which generates laser light upon being irradiated with excitation light by a semiconductor laser. The present invention relates to a rod holding and cooling structure.
【0002】[0002]
【従来の技術】固体レーザ発振装置用のレーザロッド
は、レーザロッド周囲から励起光が入射すると、この励
起光を吸収して内部に熱を生じる。レーザロッドの熱伝
導率はあまり高くないので、大きな励起光を受けると、
レーザロッドは、内部温度の上昇により熱膨張する結
果、屈折率が大きく変化してレーザ出力が低下してしま
ったり、甚だしい場合には熱ストレスによりレーザロッ
ドが破損してしまうことさえある。この問題を解消する
ためにレーザロッドの冷却が必要であり、従来から種々
のレーザロッド冷却方法が検討されている。2. Description of the Related Art When laser light for a solid-state laser oscillation device receives excitation light from around the laser rod, it absorbs the excitation light and generates heat inside. Since the thermal conductivity of the laser rod is not very high,
As a result of the thermal expansion of the laser rod due to an increase in the internal temperature, the refractive index is greatly changed and the laser output is reduced. In extreme cases, the laser rod may even be damaged by thermal stress. In order to solve this problem, it is necessary to cool the laser rod, and various laser rod cooling methods have been conventionally studied.
【0003】これらレーザロッド冷却方法の一つが公開
特許公報,昭63−204679号(発明の名称:固体
レーザ装置)に開示されている。この固体レーザ装置で
は、レーザロッドの両端を支持構造で固定し、また上記
支持構造に固定した構造の流水路を上記レーザロッドの
外周に設け、この流水路に冷却水を流して上記レーザロ
ッドを冷却している。One of these laser rod cooling methods is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 63-204679 (Title of Invention: Solid State Laser Device). In this solid-state laser device, both ends of the laser rod are fixed by a support structure, and a water passage having a structure fixed to the support structure is provided on the outer periphery of the laser rod, and cooling water flows through the water passage to mount the laser rod. Cooling.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述したレーザロッド
冷却方法では、冷却水を循環させるポンプや配管等を外
部に配設する必要があるなど、固体レーザ発振装置全体
の大型化および重量増大を招くことが避けられないとい
う欠点があった。この欠点は、重力がないため自然流水
の望めない宇宙環境等,特殊な運用環境下で特に問題と
なる。In the laser rod cooling method described above, a pump and a pipe for circulating cooling water need to be provided outside, so that the entire solid-state laser oscillation device is increased in size and weight. There was a drawback that things could not be avoided. This drawback is particularly problematic in special operating environments, such as space environments where natural water cannot be expected due to lack of gravity.
【0005】従って、本発明の目的は、上述した従来技
術によるレーザロッド冷却方法の欠点を解消することに
あり、レーザロッドの十分でしかも均一な冷却とこのレ
ーザロッドに対する低機械的ストレスとを確保して安定
なレーザ光出力を得つつ、小型,軽量で簡単な構造であ
り、しかも宇宙環境等でも使用できるレーザロッドの保
持冷却構造を提供することにある。It is therefore an object of the present invention to overcome the disadvantages of the prior art laser rod cooling method described above, which ensures a sufficient and uniform cooling of the laser rod and low mechanical stress on the laser rod. Another object of the present invention is to provide a laser rod holding / cooling structure which has a small, lightweight and simple structure while obtaining a stable laser light output and which can be used in a space environment or the like.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明のレーザロッド保
持冷却構造は、励起光の照射によってレーザ光を生じる
レーザロッドをその両端部で把持して台座に固定する固
定ホルダと、前記レーザロッドの中間部周囲を把持する
金属スリーブと、ベローズを介して前記金属スリーブに
接続されて前記金属スリーブと前記ベローズと自身とで
密閉空間を形成するとともに前記台座に固定される熱結
合ホルダと、前記密閉空間に充填される高熱伝導性流体
とを備える。According to the present invention, there is provided a laser rod holding / cooling structure comprising: a fixed holder for holding a laser rod which generates laser light by irradiation of excitation light at both ends thereof and fixing the laser rod to a pedestal; A metal sleeve that grips around an intermediate portion, a thermal coupling holder that is connected to the metal sleeve via a bellows, forms a sealed space with the metal sleeve, the bellows, and itself, and is fixed to the pedestal; A high thermal conductive fluid filled in the space.
【0007】[0007]
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
【0008】図1は本実施例によるレーザロッド保持冷
却構造の斜視図である。また、図2は本実施例の構造図
であり、(a)は側面図、(b)は(a)のA1−A2
断面図である。FIG. 1 is a perspective view of a laser rod holding and cooling structure according to this embodiment. 2A and 2B are structural views of the present embodiment, in which FIG. 2A is a side view, and FIG.
It is sectional drawing.
【0009】図1および図2を参照すると、このレーザ
ロッド保持冷却構造において、円柱状のレーザロッド1
は、端部1aおよび1bの端面に平行にしかもレーザロ
ッド1の中心軸1d上においた反射鏡(図示せず)との
間で固体レーザ発振器の共振器を形成しており、半導体
レーザ(図示せず)からの励起光10を周囲に受けて中
心軸1d方向にレーザ光を放射する。レーザロッド1の
両端部1aおよび1bは、熱伝導性のよい金属性の固定
ホルダ2Aおよび2Bにより把持され、固定ホルダ2A
および2Bはヒートシンクとされる台座3にそれぞれ固
定される。なお、固定ホルダ2Aおよび2Bへの端部1
aおよび1bの把持は、固定ホルダ2Aおよび2Bに設
けた穴に端部1aおよび1bを挿入し、金やインジウム
等の軟質でしかも熱伝導性のよい金属を上記の両者間に
介在させて把持するとよい冷却性能が得られる。また、
固定ホルダ2Aおよび2Bと台座3とは螺合等により固
定する。この固定ホルダ2Aおよび2Bと台座3とは、
サーマルシートの介在,シリコングリースの塗布等,熱
伝導性を十分よくする手段を講じたうえで固定するとな
およい。Referring to FIGS. 1 and 2, in this laser rod holding and cooling structure, a cylindrical laser rod 1 is provided.
Forms a resonator of a solid-state laser oscillator with a reflecting mirror (not shown) placed parallel to the end faces of the ends 1a and 1b and on the central axis 1d of the laser rod 1, and a semiconductor laser (FIG. (Not shown) and emits laser light in the direction of the central axis 1d. Both ends 1a and 1b of the laser rod 1 are gripped by metallic fixed holders 2A and 2B having good thermal conductivity, and the fixed holder 2A
And 2B are fixed to a pedestal 3 which is a heat sink. In addition, the end 1 to the fixed holders 2A and 2B
The gripping of a and 1b is performed by inserting the ends 1a and 1b into holes provided in the fixed holders 2A and 2B, and holding a soft and highly heat-conductive metal such as gold or indium between the two. Then, good cooling performance can be obtained. Also,
The fixing holders 2A and 2B and the pedestal 3 are fixed by screwing or the like. The fixed holders 2A and 2B and the pedestal 3
It is more preferable to fix it after taking measures to sufficiently improve the thermal conductivity, such as interposing a thermal sheet and applying silicon grease.
【0010】ここで、上記固体レーザ発振器は、波長1
064nmのレーザ光を出力するNd−YAG(ネオジ
ウム−イットリウム−アルミニウム−ガーネット)レー
ザ等の発振器であり、この場合、レーザロッド1は、N
d−YAGを材料として用いる直径6mm,長さ80m
m程度の大きさである。また、上記半導体レーザは、上
記固体レーザ発振器がYAGレーザの場合には、波長8
08nmのGaAlAs(ガリウム−アルミニウム−砒
素)レーザ等を使用できる。いま、レーザロッド1の放
射するレーザ光の出力を100mJ×50Hz程度とす
るには、レーザロッド1に60mJ×50Hz×16程
度の励起光10を照射する必要がある。この照射された
励起光10を吸収することによって、レーザロッド1は
レーザ光を放射する。一方、レーザロッド1に吸収され
た励起光10の大部分は熱に変換されてレーザロッド1
の温度上昇をもたらし、この熱の一部はレーザロッド1
の両端部1aおよび1bから固定ホルダ2Aおよび2B
を介して台座3に伝導により伝達され、台座3で放熱さ
れる。しかし、レーザロッド1の熱伝導率が大きくない
(例えば、レーザロッド1がNd−YAGの場合、この
熱伝導率は13W/mK程度である)ので、レーザロッ
ド1の端部1aおよび1bからは十分な放熱を期待でき
ない。Here, the solid-state laser oscillator has a wavelength of 1
An oscillator such as a Nd-YAG (neodymium-yttrium-aluminum-garnet) laser that outputs a laser beam of 064 nm is used.
6 mm in diameter and 80 m in length using d-YAG as a material
m. The semiconductor laser has a wavelength of 8 when the solid-state laser oscillator is a YAG laser.
An 08 nm GaAlAs (gallium-aluminum-arsenic) laser or the like can be used. Now, in order to make the output of the laser light emitted from the laser rod 1 about 100 mJ × 50 Hz, it is necessary to irradiate the laser rod 1 with the excitation light 10 of about 60 mJ × 50 Hz × 16. By absorbing the irradiated excitation light 10, the laser rod 1 emits laser light. On the other hand, most of the excitation light 10 absorbed by the laser rod 1 is converted into heat and
Of the laser rod 1
From both ends 1a and 1b of the fixing holders 2A and 2B
Is transmitted to the pedestal 3 through the base member 3 and is radiated by the pedestal 3. However, the thermal conductivity of the laser rod 1 is not large (for example, when the laser rod 1 is Nd-YAG, the thermal conductivity is about 13 W / mK). Sufficient heat dissipation cannot be expected.
【0011】そこで、本実施例は、レーザロッド1の中
間部1cからも台座3に放熱する冷却機構をさらに備え
ている。この冷却機構は、固定ホルダ2A等に用いたと
同様に熱伝導性のよい金属製のスリーブ4および熱結合
ホルダ6と、スリーブ4と熱結合ホルダ6とを接合等に
より接続するとともにスリーブ4,熱結合ホルダ6およ
び自身の3者で密閉空間を構成するアルミニウム合金等
で製作したベローズ5と、上記密閉空間に充填される高
熱伝導性の流体7とを備えている。Therefore, the present embodiment is further provided with a cooling mechanism for radiating heat from the intermediate portion 1c of the laser rod 1 to the pedestal 3. This cooling mechanism connects the sleeve 4 and the heat coupling holder 6 to each other by joining the sleeve 4 and the heat coupling holder 6 by joining or the like, as well as connecting the sleeve 4 and the heat coupling holder 6 to each other. It comprises a coupling holder 6 and a bellows 5 made of an aluminum alloy or the like, which forms a closed space by the three members, and a highly thermally conductive fluid 7 filled in the closed space.
【0012】スリーブ4は、フランジ4aおよび4bの
ついた円環形状をなし、レーザロッド1の中間部1cの
周囲に、固定ホルダ2Aによると同様の支持方法により
把持される。熱結合ホルダ6は、スリーブ4の周囲に配
置できるように丸穴を設けた受熱部6aと、この受熱部
6aと一体となっている放熱部6bとを有する。受熱部
6aの丸穴をスリーブ4の周囲に配置してスリーブ4の
フランジ4aおよび4bと受熱部6aとをベローズ5に
より接続する。この接続の結果、スリーブ4とベローズ
5と熱結合ホルダ6とで、図2(b)に示す如き、流体
7を充填する密閉空間を形成している。なお、流体7
は、水,アルコール,水銀等を使用でき、上記密閉空間
に注入・充填された後、この密閉空間に密封される。熱
結合ホルダ6の放熱部6bは、固定ホルダ2Aおよび2
Bの台座への固定と同様の手段を用いて、台座3に固定
される。ここで、レーザロッド1およびスリーブ4と熱
結合ホルダ6とは、柔軟性のあるベローズ5および流体
7を介して接続されているので、レーザロッド1と熱結
合ホルダ6との間には、熱的,機械的ストレスを殆ど生
じないことに留意されたい。The sleeve 4 has an annular shape with flanges 4a and 4b, and is held around the intermediate portion 1c of the laser rod 1 by the same supporting method as that of the fixed holder 2A. The heat coupling holder 6 has a heat receiving portion 6a provided with a round hole so as to be disposed around the sleeve 4, and a heat radiating portion 6b integrated with the heat receiving portion 6a. The round holes of the heat receiving portion 6 a are arranged around the sleeve 4, and the flanges 4 a and 4 b of the sleeve 4 and the heat receiving portion 6 a are connected by the bellows 5. As a result of this connection, the sleeve 4, the bellows 5, and the thermal coupling holder 6 form a closed space for filling the fluid 7, as shown in FIG. The fluid 7
Can be made of water, alcohol, mercury, etc., and after being injected and filled into the above-mentioned closed space, it is sealed in this closed space. The heat radiating portion 6b of the thermal coupling holder 6 includes the fixed holders 2A and 2A.
B is fixed to the pedestal 3 using the same means as for fixing to the pedestal. Here, since the laser rod 1 and the sleeve 4 are connected to the thermal coupling holder 6 via the flexible bellows 5 and the fluid 7, a heat is applied between the laser rod 1 and the thermal coupling holder 6. Note that almost no mechanical or mechanical stress occurs.
【0013】励起光10の吸収によりレーザロッド1の
中間部1cで発生した熱は、スリーブ4,流体7および
熱結合ホルダ6を順次に通って台座3に受動的な伝導に
より伝達され、台座3から放熱される。The heat generated in the intermediate portion 1c of the laser rod 1 due to the absorption of the excitation light 10 passes through the sleeve 4, the fluid 7 and the thermal coupling holder 6 sequentially and is transmitted to the pedestal 3 by passive conduction. The heat is dissipated from
【0014】上述のとおり、本実施例のレーザロッド保
持冷却機構では、レーザロッド1の端部1aおよび1b
およびその近傍に発生した熱が固定ホルダ2Aおよび2
Bを介して台座3に放熱されることに加え、レーザロッ
ド1の中間部1cおよびその近傍に発生した熱が熱結合
ホルダ6等を介して台座3から放熱されるので、レーザ
ロッド1におけるより大量の発熱にも十分対応でき、ま
たレーザロッド1の温度分布を均一化できる。As described above, in the laser rod holding and cooling mechanism of this embodiment, the ends 1a and 1b of the laser rod 1 are provided.
And the heat generated in the vicinity of the fixed holders 2A and 2A
In addition to the heat radiated to the pedestal 3 via B, the heat generated in the intermediate portion 1c of the laser rod 1 and its vicinity is radiated from the pedestal 3 via the thermal coupling holder 6 and the like. A large amount of heat can be sufficiently coped with, and the temperature distribution of the laser rod 1 can be made uniform.
【0015】また、このレーザロッド保持冷却構造は、
レーザロッド1の中間部1cに機械的ストレスを掛ける
ことなく、レーザロッド1の中間部1cから放熱できる
のという特徴がある。The laser rod holding and cooling structure is
There is a feature that heat can be radiated from the intermediate portion 1c of the laser rod 1 without applying mechanical stress to the intermediate portion 1c of the laser rod 1.
【0016】さらに、このレーザロッド保持冷却構造
は、レーザロッド1の熱を主として受動的な伝導で放熱
するという小型・軽量でしかも簡単な構造であり、冷却
水の循環ポンプ等を用いる必要もなく、宇宙空間等の特
殊運用環境下においてもレーザロッド1を極めて効率よ
く冷却できることができるという特徴がある。Further, the laser rod holding and cooling structure is a small, lightweight and simple structure in which the heat of the laser rod 1 is mainly radiated by passive conduction and does not require the use of a cooling water circulation pump or the like. The laser rod 1 can be cooled very efficiently even in a special operation environment such as outer space.
【0017】[0017]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、レーザロ
ッドの中間部周囲を金属スリーブで把持し、台座に固定
される熱結合ホルダをベローズを介して前記金属スリー
ブに接続し、これら金属スリーブとベローズと熱結合ホ
ルダとで密閉空間を形成してこの密閉空間に高熱伝導性
流体を充填するので、前記レーザロッドの両端部に加え
て中間部からも受動的な伝導による放熱が可能であり、
前記レーザロッドの十分でしかも均一な冷却とこのレー
ザロッドに対する低機械的ストレスとを確保して安定な
レーザ光出力を得つつ、小型,軽量で簡単な構造を有
し、しかも宇宙環境等の特殊運用環境下でも使用できる
という効果がある。As described above, according to the present invention, the intermediate portion of the laser rod is gripped by the metal sleeve, and the heat coupling holder fixed to the pedestal is connected to the metal sleeve via the bellows. And a bellows and a thermal coupling holder to form a sealed space and fill this sealed space with a highly thermally conductive fluid, so that heat can be dissipated by passive conduction from the intermediate portion in addition to both ends of the laser rod. ,
The laser rod has sufficient and uniform cooling and low mechanical stress on the laser rod to obtain a stable laser light output. There is an effect that it can be used even in an operation environment.
【図1】本実施例によるレーザロッド保持冷却構造の斜
視図である。FIG. 1 is a perspective view of a laser rod holding and cooling structure according to the present embodiment.
【図2】本実施例の構造図であり、(a)は側面図、
(b)は(a)のA1−A2断面図である。FIG. 2 is a structural view of the present embodiment, in which (a) is a side view,
(B) is A1-A2 sectional drawing of (a).
1 レーザロッド 1a,1b 端部 1c 中間部 1d 中心軸 2A,2B 固定ホルダ 3 台座 4 スリーブ 4a,4b フランジ 5 ベローズ 6 熱結合ホルダ 6a 受熱部 6b 放熱部 7 流体 10 励起光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser rod 1a, 1b End part 1c Intermediate part 1d Center axis 2A, 2B Fixed holder 3 Pedestal 4 Sleeve 4a, 4b Flange 5 Bellows 6 Thermal coupling holder 6a Heat receiving part 6b Heat radiation part 7 Fluid 10 Excitation light
Claims (2)
レーザロッドをその両端部で把持して台座に固定する固
定ホルダと、前記レーザロッドの中間部周囲を把持する
金属スリーブと、ベローズを介して前記金属スリーブに
接続されて前記金属スリーブと前記ベローズと自身とで
密閉空間を形成するとともに前記台座に固定される熱結
合ホルダと、前記密閉空間に充填される高熱伝導性流体
とを備えることを特徴とするレーザロッドの保持冷却構
造。1. A fixing holder for holding a laser rod that generates laser light by irradiation with excitation light at both ends thereof and fixing the laser rod to a pedestal, a metal sleeve for holding around an intermediate portion of the laser rod, and a bellows. A heat coupling holder connected to the metal sleeve to form a sealed space with the metal sleeve, the bellows, and itself, and fixed to the pedestal; and a high thermal conductive fluid filled in the sealed space. Characteristic laser rod holding and cooling structure.
生され、前記高熱伝導性流体が水であることを特徴とす
る請求項1記載のレーザロッドの保持冷却構造。2. The laser rod holding / cooling structure according to claim 1, wherein said pumping light is generated by a semiconductor laser device, and said highly thermally conductive fluid is water.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26365194A JP2633482B2 (en) | 1994-10-27 | 1994-10-27 | Laser rod holding and cooling structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26365194A JP2633482B2 (en) | 1994-10-27 | 1994-10-27 | Laser rod holding and cooling structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08125250A JPH08125250A (en) | 1996-05-17 |
| JP2633482B2 true JP2633482B2 (en) | 1997-07-23 |
Family
ID=17392440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26365194A Expired - Lifetime JP2633482B2 (en) | 1994-10-27 | 1994-10-27 | Laser rod holding and cooling structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2633482B2 (en) |
-
1994
- 1994-10-27 JP JP26365194A patent/JP2633482B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08125250A (en) | 1996-05-17 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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