KR900000024B1 - 전도 냉각식 레이저 로드 - Google Patents

전도 냉각식 레이저 로드 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
전도 냉각식 레이저 로드
[도면의 간단한 설명]
이제부터, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 특징 및 목적에 대해서 상세하게 기술하겠다.
제1도는 본 발명의 기술에 따른 레이저 펌프 헤드의 사시도이다.
제2도는 제1도의 선 2-2를 따라 절취하여 레이저 펌프 헤드의 내부를 도시한 단면도이다.
제3도는 제2도의 선 3-3을 따라 절취하여 도시한 단면도이다.
제4도 내지 제7도는 레이저 로드를 냉가기키기 위한 선택적인 실시예들을 도시한 도면이다.
각각의 도면내의 동일 구성 부품들에는 동일한 참조번호를 붙였다.
[발명의 상세한 설명]
[1. 발명 분야]
본 발명은 레이저, 특히 개량된 레이저 로드(rod) 냉각 장치를 갖고 있는 레이저에 관한 것이다.
[2. 종래 기술의 설명]
고상 레이저 로드는, 전자(electromagnetic) 방사선을 방출하기 전에, 외부 에너지 소오스에 의해 여기되어야 한다. 이 에너지 소오스는 레이저 로드에 의해 레이저 비임으로 변환되는 가시 또는 근(near) 가시 방사선 자체를 방출시킨다. 일반적으로, 고상 레이저 로드는 비교적 비효율적이므로, 이 레이저 로드에 의해 흡수된 에너지의 비교적 적은 부분만을 레이저 방사선으로 변환시키는데, 나머지 에너지의 대부분은 열로 변환된다. 대부분의 고상 레이저 로드의 효율이 온도가 증가함에 따라 감소하기 때문에, 외부 에너지 소오스의 레이저의 비효율적 사용으로 인해 발생된 부수적인 열은 레이저의 비효율적 동작을 악화시킨다. 그러므로, 이 열 및 관련된 비효율적 동작 문제점을 제거하기 위해서, 열이 제거되어야 한다.
발생된 열을 제거하기 위해 다수의 기술들이 사용되어 왔다. 예를 들어, 열이 약 3W(램프의 약 35W전력) 이상이면, 액체 또는 압축 개스와 같은 유체를 로드에 흐르게 함으로써 로드가 냉각될 수 있다. 이 유체는 열 교환기를 통해 재순환된다. 이러한 동적 냉각 시스템은 다수의 결점을 갖고 있다. 압축 개스의 경우에, 주요 문제점은 램프로부터의 광선을 투광시키면서 순환냉각 개스를 밀폐시키는데 가격이 많이 든다는 것이다. 용액 시스템의 경우에, 문제점은 램프 또는 펌프 광선(pump light)에 노출될때 유체가 궁극적으로 열화된다는 것이다.
이 문제점들로 인해, 다른 방법들은 열 전도에 의해 수동으로 로드를 냉각시키는 것에 관한 것이다. 이 기술은 방열장치에 납땜되는 로드의 한 측 상에 반사성 금속 층을 피착시킴으로써 로드가 냉각되는 버크하트(Burkhart)에게 하여 된 미합중국 특허 제 4,210,389호에 예시되어 있다.
이 기술은 최소한 두가지 이유에서 로드의 광학적 성질을 심하게 왜곡시킨다는 것이 알려졌다. 첫째, 로드가 열 전도성 지지체내에 견고하게 지지되고 이 로드와 지지체가 상이한 열 팽창계수를 갖기 때문에, 펌핑 및 냉각중에 응력이 발생된다. 즉, 로드가 지지체와 상이한 속도로 성장한다. 이 부동팽창은 응력 복굴절성을 야기시킨다. 둘째, 로드는 주변주의 일부분 상에서만 길이를 따라 지지체상에 지지되므로, 로드내에 열 경사도를 발생시켜 결과적으로 불균일 냉각을 발생시킨다. 이 결과, 로드내에 광학 수차(optical aberration)가 발생된다.
타즈나이(Tajnai)등에게 허여된 미합중국 특허 제4,181,900호는 레이저 로드가 방열장치에 스트랩(strap)되는 전도 냉각식 펌프 공동을 기술한 것이다. 이 타즈나이등의 시스템은 로드의 전체 주변부주위에 열적 접촉이 전혀 없기 때문에 레이저 로드를 냉각시키기 위한 만족스런 기술을 제공하지 못한다. 결과적으로, 미합중국 특허 제4,210,389호와 같이, 열 응력이 발생되므로 로드 냉각이 불균일하다. 부수적으로, 스트랩 자체는 기계적으로 로드에 응력을 가한다.
그러므로, 상술한 단점을 제거하는, 레이저 로드를 전도 냉각시키기 위한 개량된 기술이 필요하게 된다.
[발명의 요약]
본 발명은 레이저 펌프 공동내에 배치된 레이저 로드를 전도 냉각시키기 위한 개량된 기술을 제공한다. 특히, 열 전도성 지지체는 로드를 완전히 둘러싸고, 로드와 지지체 사이의 열 전도 가요성 물질을 로드와 지지체를 거의 전체 길이를 따라 안전히 열적 접촉시킨다. 가요성 물질과 지지체는 공동 램프에 의해 방출된 광선을 투광시킨다. 이 투광성 지지체는 열교환 시스템의 일부로 될 수 있는 방열장치에 열적으로 결합된다. 램프로부터의 펌프 광선은 투광성 열 전도성 지지체 및 가요성 물질을 통해 레이저 로드로 전송되고, 이 지지체 및 가요성 물질은 로드내에서 발생된 열을 제거시킨다.
양호한 실시예에서, 가요성 물질은 실리콘 겔(silicone gel)과 같은 겔이다. 겔이 반액체 상태로 존재하기 때문에, 로드의 냉각에 의해 야기된 소정의 기계적 응력은 로드 또는 지지체로 전송되지 않는다. 즉 이 응력은 겔을 자유롭게 팽창시켜 로드 및 지지체의 개방 단부로부터 압출시킨다. 또한, 열 응력은 겔이 열을 로드로부터 멀리 지지체로 균일하게 전도시켜 열을 외부 방열장치에 전도시키기 때문에 최소화 된다. 외부 방열장치 부착된 휜(fin)에 의해서 냉각되거나, 열을 더욱 편리한 열교환기로 이송시키도록 유체를 사용함으로써 냉각될 수 있다.
그러므로, 본 발명은 상술한 종래 기술의 시스템들의 단전 초래하지 않고서 레이저 로드를 전도식으로 냉각시키기 위한 기술을 제공한다. 특히, 열 전도성 가요성 물질은 로드의 팽창시에 모든 기계적 응력을 제거시킨다. 또한, 로드로부터의 열이 가요성 물질로 균일하게 전송되어 방열장치에 전송되기 때문에, 레이저 로드상의 열적 유도 응력도 최소화 된다. 그러므로, 본 발명은 응력-야기 로드 복굴절성을 상당히 감소시키는 한편, 레이저 로드가 최소 광학 왜곡 및 우수한 조준 특성을 가진 비임을 발생시키게 한다.
제1도 내지 제3도를 참조하면, 레이저 펌프 헤드(10)은 분리가능한 부분(13 및 14)로 구성되는 하우징(11)을 포함하는데, 부분(14)는 한쌍의 부분(14a 및 14b)를 포함한다. 액체냉각제 유동 채널(16,19 및 20)은 각각 하우징 부분(13)과 부분(14a 및 14b)를 통해 연장된다.
하우징 부분은 레이저장착된다. 펌프실(15)를 형성하는 반사성 내부 표면(24 및 26)을 갖고 있다. 공동(15)는 레이저 동작에 적합한 소정의 형태를 가질 수 있는데, 예를 들어, 표면(24)는 타원형태를 갖고 하부표면(26)은 장방형 형태를 갖는다. 펌프실(15) 및 하우징은 레이저용 공동 구조물을 제공하고 방열장치로서 작용하는 양호한 열 전도성 금속, 예를 들어 알루미늄과 같은 소정의 물질로 구성된다. 레이저 로드(18)을 포함하는 바람직한 레이징 구조물은 펌프실(15)의 하부내에 장착된다.
로드는 루비와 같은 레이저 결정 물질, 또는 Nd : YAG 또는 다이 콘테이너(dye container)로 구성될 수 있다.
플래쉬램프(12)는 로드가 레이징 상태로 펌프될 수 있도록 레이저 로드(18)에 근접하여 측방향으로 배치된다. 펌프실(15)내에 레이저 로드(18)을 장착시키기 위한 장치는 로드의 길이를 따라 연장되는, 예를 들어 사파이어로 된 투광성 열 전도성 지지체(22)를 포함한다.
가요성 열 전도성 물질(21)의 완충물(cushion)은 로드(18)의 외측표면과 지지체(22)의 내측표면 사이에 배치되고, 로드(18)의 전체 길이를 따라 연장된다. 다음에 더욱 상세하게 기술하는 바와 같이, 레이저 로드(18)은 단부가 개방되어 있고, 물질(21)은 압출가능하지만, 로드(18)과 지지체(22)사이의 차동 열 팽창 및 수축주기 동안에 로드(18)의 단부에서 지지체(22)로부터 외향 이동되고 지지체(22)내로 다시 끌어들여지도록 탄성 기억 특성을 갖는다.
플래쉬펌프(12)에 의해 발생된 열은 이 플래쉬램프(12)와 표면(24) 사이에 비치된 충전 분말(packed powder,27)에 의해 주변 영역으로부터 제거된다. 충전 분물(27)은 BaSO4, 알루미나, 베릴리아 또는 세라믹과 같은 소정의 적합한 물질로 구성될 수 있다.
충전 분말을 몇가지 특성을 갖고 있다. 이 충전 분말은 플래쉬램프에 의해 발생된 열이 충전 분말로부터 표면(24) 및 방열장치로 전도되게 하기에 충분히 낮은 열 전도성을 갖고 있다. 또한, 이 충전 분말은 높은 난반사성 및 자외선에 견디는 능력의 특성을 가질 수 있다. 또한, 이 충전 분말을 플래쉬램프에 의해 발생된 고온에도 견딜 수 있다. 플래쉬램프(12)를 냉각시키기 위해 이러한 분말 물질을 사용하는 방법의 상세한 설명은 미합중국 특허 제4,096,450호내에 기술되어 있는데, 이 상세한 설명은 본 명세서에 참고문헌으로 사용되었다.
냉각제 유동 채널(16,19 및 20)은 하우징으로부터 열을 제거하기 위해 열교환기로서 작용하지만, 다른 형태의 열교환기들이 사용될 수도 있다.
본 발명의 한 중요한 특징은 로드(18)을 전체길이를 따라 둘러싸는 가요성 투광성 물질(21)을 사용하는데 있다. 레이저 로드 냉각 응용에 특히 유용하게 하는 물질(21)의 일반적인 특성은 (1) 로드(18)와 열 전도성 지자체(22) 사이를 가요성 또는 유연 완충 결합시키고, (2)광선을 램프(12)로부터 로드(18)로 전송시키며, (3)로드로부터 멀리 열을 전도시키는 것이다.
양호하게도, 가요성 물질(21)은 반액체 겔형 물질, 즉 실리콘, 물 또는 탄소 겔로 구성된다. 다우 코닝 코포레이선(Dow Corning Corporation)에 의해 제조된 혼합 첨가물로부터 발생되는 실리콘 겔(다우 코닝 3-6527A 및 B)이 성공적으로 사용되어 왔다. 본 발명에 특히 유용한 실리콘 겔 및 그 외의 다른 겔 물질의 특수한 특성은 2가지 성분이 혼합될때, 생성물이 완충, 탄성 겔형 덩어리를 형성하기 위해 경화된다는 것이다.
이러한 겔은 변형가능하지만, 탄성 기억 특성을 가지므로, 회복가능 압출물로서 작용한다. 경화된 겔은 액체의 응력 여유 특성을 보유한다. 즉, 계면 성분으로써 사용될때 차동 열 팽창 및 수축에 의해 야기된 기계적 응력에 대해 보호되고 고상 탄성 중합체의 크기 안정성 및 부동 특성을 그대로 유지한다. 부수적으로, 이 겔은 접촉 표면과의 영구접착 상태를 형성한다.
상세하게 말하자면, 겔은 로드(18)과 투광성 열 전도성 지지체(22) 사이에 형성된 작은 갭내에 배치된다. 이 겔의 팽창 특성은 이 겔을 로드(18) 또는 열 전도체(22)보다 빠르게 팽창시키지만, 로드(18), 지지체(22) 및 겔(21)의 자동 팽창 또는 수축으로 인해 발생할 수 있는 소정의 응력이 개방단부에서 로두(18)와 지지체 사이의 갭으로부터 압출되거나 이 갭내로 밀어넣어지는 겔로 전송된다. 그러므로, 로드는 응력을 받지 않는다. 약 0.002인치(0.05mm) 내지 0.005인치(0.13mm) 범위내의 로드(18)주위의 물질(21)의 최소 두께만이 필요하게 된다. 일반적으로 겔은 빈약한 열 전도체이지만, 이것의 잠재적 단열 특성은 제거되는데. 그 이유는 요구된 겔의 비교적 작은 두께가 비교적 작은 열 경사도만을 발생시키므로 필요한 열 전달을 크게 방해하지 못하기 때문이다.
사파이어가 지지체(22)은 물질로서 양호한데, 그 이유는 가격이 비교적 저렴하고, 높은 열 전달 계수를 갖고 있기 때문이다. 대체 물질로는 유리, 단결정 산화베릴륨, YAG 및 석류석 등이 있다. 명백하게, 선택된 물질은 램프(10)에 의해 방출된 광선을 투광시켜야 한다.
로드(18), 가요성 물질(21) 및 열 전도체(22)로 구성된 레이저 로드 냉각 어셈블리(도시하지 않음)을 형성하는 방법은 전도체(22)의 구멍을 혼합 첨가물 성분으로 채우고 로드(18)을 삽입시키는 것이다. 로드(18)과 열 전도체(22) 사이의 간격은 쐐기(shim)로 유지된다. 액체가 겔로 된후, 쐐기들은 제거되고, 어셈블리는 하우징 부분(14)내에 배치된다.
그다음. 기계적 압력은 열 전도성 지지체(22) 및 로드(18)을 하우징(14)내의 제 위치에 유지시킨다.
지지체(22)는 방열장치로서 작용하는 하우징(14)에 열적 접속된다. 예를 들어, 지지체(22)는 알루미늄으로 제조되고, 내부 표면상의 금 도금은 펌프 광선을 로드(18)내로 결합시킨다. 알루미늄 방열장치 부분(12,14a 및 14b)는 냉각 채널(16,19 및 20)에 의해 각각 냉각된다.
편리하게 제조하기 위해, 지지체(22)의 형태는 비-타원형으로 된다. 특히, 이 지지체(22)는 3개의 평면과 단일 곡면을 갖지만, 전체 형태는 변화될 수 있다. 금층이 거울과 같이 반사하기 때문에, 램프(12)로부터의 광선이 지지체(22)를 통해 로드(18분)로 효율적으로 보내지도록 부수적인 수단을 행해야 한다. 물질(예를 들어,사파이어,22)의 표면이 닦여지는 대신에 연마되면, 확산 표면이 생기게 되어, 더 많은 램프 광선을 로드(18)에 충돌시키고 레이저 로드 성능의 효율을 증가시키게 된다.
또한, 겔 물질(21)과 로드(18)의 표면 사이의 굴절률의 상대 접정합으로 인해, 로드(18)의 확산 표면은 로드의 외주가 로드 내부보다 더 큰 크기로 램프 광선에 의해 로드(load)되게 하므로, 출력 레이저 비임의 필요한 크기보다 더 큰 크기로 분산되게 한다. 일반적으로 레이저 사용자가 필요로 하는 고도로 조준된 광선 출력비임이 로드(18)의 중심에서 더욱 센 광선을 필요로 하기 때문에, 로드의 표면은 광선의 많은 부분을 중심을 향해 보내기 위해 양호하게 닦여진다. 레이저 출력 비임은 예를 들어 로드 포면의 다듬질 특성에 관련되지 않고서 바람직한 비임 분산성을 사용자에게 제공하기 위해, 망원경을 통해 전송시킴으로써 조종될 수 있다.
상술한 개념을 최소 열적 및 기계적 응력으로 레이저 로드를 균일하게 냉각시키기 위한 장치 및 방법을 제공함으로서, 로드는 최소 광학 왜곡을 갖고 있는 출력 비임을 발생시킬 수 있다.
부분(14a 및 14b)를 스프링 로드 시킴으로써 지지체(22)와 방열장치(14)사이을 양호하게 기계적으로 접촉시키기 위해 알루미늄 방열장치(14)내에 절단부(42)가 형성될 수 있다. 이것은 양호한 열적접촉 상태를 제공한다. 또한, Nd : YAG+3레이저 로드의 경우에는, 사마륨(samarium) 유리 휠터(44, 제3도)가 로드(18)내에 저장된 에너지의 소모를 방지하고 레이저 로드(18)의 단부들로부터 전송된레이저 광선량을 최대화시키기 위해 공동(15)내로 삽입된다.
제4도는 제1도 내지 제3도의 1-편(one-piece) 열 전도성 지지체가 로드(18)을 용이하게 조립하고 겔(21)보다 덜 탄성적인 물질이 사용되게 하기 위해 4-편 지지체(22')로 분할되는 선택적인 형태를 도시한 것이다. 여기서, 다우 코닝 93-500 실리콘 고무와 같은 스폰지 광학물질(21')는 로드(18) 주위 뿐만 아니라 지지체(22')의 세그먼트를 사이의 갭 또는 간격(54)내에 배치되는 가요성 열물질로서 사용된다.
레이저 로드(18)이 열전도성 지지체(22')와 거의 동일하게 팽창하는 반면에 가요성 물질(21')가 약 10배 정도 빠르게 팽창하지만 필요한 정도로 레이저 로드의 단부에서 팽창할 수 없기 때문에, 고무(21')의 팽창에 적합하도록 지지체(22')내에 간격(54)가 필요하게 된다.
또한 이 실시예는 레이저 동작 중에 레이저 로드(18)상의 열적 및 기계적 응력을 최소화시키지만, 지지체(22')의 분할은 제4도의 레이저 구조를 더욱 복잡하게 하고 제조하는데 드는 비용을 증가시킨다.
필요시에, 제3도 및 제4도의 실시예에서의 지지체(22 및 22')의 상부를 하부만큼 신속히 냉각시키도록 열전도성 지지체(22 또는 22')의 하부와 방열장치(14)의 인접 내부 표면 사이에 갭이 포함될 수 있다.
제5도에 도시한 실시예를 참조하면, 하우징(111)을 열교환기(116)에 의해 둘러싸여지는 부분(113 및 114)를 포함한다. 제1도 내지 제3도와 같이, 하우징 부분(114)는 부분 또는 세그먼트(114a 및 114b)로 구성되고, 부분(113과 114)는 타원형태로 된 내부 표면(126 및 128)을 갖는다. 플래쉬램프(112)로부터의 광선을 투광시키고 열 전도성인 물질로 된 지지체(122)는 지지체를 가까이 끼우기 위한 외부 표면을 갖는다. 레이저 로드(118)은 가요성 물질(121)에 의해 지지체(122)내에 지지된다. 이 실시예서, 물질(121)은 로드(118) 및 지지체(122)와 열적접촉 관계에 있는 시판중인 실리콘 고무로 구성된다. 물질(121)의 부수적인 층은 램프(112)와 로드(118) 사이에 삽입될 수 있다. 지지체(122)는 BaSO4, MgO등과 같은 반사성 분말과 혼합된 에폭시로 구성되고 열 전도체 및 광선 반사기의 특성을 갖는 가요성 물질(130)에 의해 표면 (126)에서 하우징 부부(113 및 114)에 열적 결합된다. 제5도에 도시한 실시예는 3가지 방법, 즉 가요성 물질(130)의 결합, 지지체(122) 내의 세그먼트(122a)의 제공 및 하우징 부분(114)내에 세그먼트(114a 및 114b)의 사용에 의해 레이저 로드(18)에 응력을 가하지 못하도록 레이저로드 어셈블리의 차동 팽창을 조절한다. 제공된 팽창율이 모든 3가지 특징을 사용함으로써 최대화 되지만, 양호한 결과를 제공하는데에는 세그먼트(122a 또는 114a 및 114b)만을 사용하는 것으로 충분하다.
로드(118)이 N+3YAG로 제조되면, 양호하게 사마륨 유리로 제조되는 힐터(136)이 플래쉬램프(112)와 로드(118)사이에 배치되는데, Sm2O3분말은 레이저 측면을 따라 레이저에 의해 발생된 1.06㎛ 파장을 방지하기 위해 물질(130)에 첨가된다. 그러므로, 물질(130)은 2가지 기능, 즉 가요성이 상술한 바와 같이 레이저 로드상의 응력을 최소화 하기 위한 부수적인 기술을 제공하는 기능과 반사특성이 램프(112)의 펌핑 효율을 증가시키는 기능을 제공한다. 지지체(122)가 제3도 및 제4도에 도시한 실시예에서와 같은 거의 동일한 두께로 레이저 로드(118)을 완전히 덮으면, 균일하고 원형인 등온선들이 로드내에 형성되어, 로드가 고질 렌즈와 같이 작용한다는 것을 나타낸다.
제6도는 지지체(222)가 하우징(214)에 의해 둘러싸여지는 로드(218)을 둘러싸는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것이다. 실리콘 고무와 같은 가요성 투광성 물질의 층(221)은 로드(218)과 지지체(222) 사이를 완충 결합시키기 위해 사용된다. 동면(copper wool) 층(230)은 지지체(222)와 하우징(214) 사이에 삽입된다. 제6도에 도시한 실시예는 하우징(214)내에 소정의 세그먼트를 필요로 하지 않는데, 그 이유는 지지체(222)가 4개의 세그먼트들로 구성되고 기호(230)으로 표시한 동면이 지지체(222)와 하우징(214) 사이에 배치되기 때문이다. 동면(230)은 열을 지지체(222)로부터 하우징(214)로 전도시키는 한편 차동 열 팽창을 허용한다. 페인트의 보호 알루미늄 코팅으로 형성된 은 층(240) 에너지를 펌프 소오스로부터 로드(218)로 반사시킴으로써 펌프 효율을 증가시키기 위해 지지체(222)의 외부 표면상에 인가된다. 하우징(214)는 제3도 또는 제5도에 도시한 형태의 외부 열교환기에 의해 냉각될 수 있다. 레이저 로드(218)에 의한 바람직하지 못한 측 방사선을 방지하기 위해 Sm 유리 휠터(236)이 도시한 바와 같이 제공된다.
상당히 적은 지지체 물질량을 필요로 하는 레이저 로드 냉각 실시예 제7도에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 지지체(322)은 펌프 소오스에 접하는 로드(318)의측 상에만 배치된다. 실리콘 겔 층(321)[세그먼트들이 지지체(322)내에 제공되는 경우에는 실리콘 형 고무가 사용될 수 있다.]은 로드(318)의 한 절반부상에 배치되는데, 다른 절반부는 가요성 물질(330)에 의해 하우징(314)에 직접 열적 결합된다. 등온선은 여기서 원형으로 되지 않고, 레이저 로드(318)은 다른 실시예들과 마찬가지로 광학적으로 작용하지 않게 되지만 다수의 응용시에 상당히 유용한데, 그 이유는 적은 지지체 물질(322)가 사용되어 사파이어 및 산화 베릴륨의 경우에 상당히 가격을 감소시키기 때문이다. 로드(318)의 한 절반부 상에는 1개의 가요성 물질 층(321)만이 있기 때문에, 열 제거는 레이저 로드(218)과 하우징(214)사이에 2개의 갭이 있는 제6도에 도시한 실시예보다 양호하게 된다. 그러므로, 레이저 로드(318)은 다른 실시예에서보다 어느 정도 더 차갑게 유지되므로, 그 펌핑 레벨에서 유용하다.
반사방법이 사용되는 것을 결정하는 것은 레이저 로드내에 필요한 이득 단면에 따라 변한다. 제6도에 도시한 거울 반사 방법은, 반사 능력외에, 동면을 사용하여 레이저 로드 응력을 더욱 감소시키는 능력과 함께 열을 제거함으로, 양호한 반사 물질이다.
그러므로, 본 발명은 종래 기술의 장치를 상당히 개량시킨 레이저 로드 냉각 기술을 제공한다. 로드와 견고하게 장착된 지지체 사이에 가요성 영 전도성 완충물을 제공함으로써, 종래 기술의 장치내의 열적 및 기계적 응력에 의해 야기된 비교적 빈약한 광학 비임이 제거된다. 또한, 레이저 로드 및 지지체의 팽창 특성은 가요성 완충물의 열 특성과 정합되지 말아야 한다. 또한, 가요성 완충물을 전체 길이를 따라 로드를 둘러싸도록 배역되므로, 불균일 로드 냉각에 의해 발생될 수 있는 광학 수차를 제거시킨다.
본 발명의 원리에 따른 장치는 레이저 물질로서 Nd : YAG를 사용하고 가요성 완충물로서 다우 코닝 3-6527A 및 B를 사용하며 중간 지지체로서 사파이어를 사용하여 실험실에서 성공적으로 검사되었다. 전도 냉각식 플래쉬램프 및 로드 어셈블리를 사용하는 레이저는 약 100시간동안 계속하여 250W 입력(30Hz에서 8.2Joule)에서 성공적으로 동작되었다. 전도 냉각식 플래쉬램프 및 로드 어셈블리는 전혀 유해하지 않고 12.4Joule/발사 및 13 펄스/sec로 백만회 발사동안 검사되었는데, 출력 레이저 비임은 최소 복굴절성 또는 광학 왜곡성을 갖는다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조하여 기술되었지만, 본 분야에 숙련된 기술자들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 본 발명은 여러 가지로 변경시킬 수 있다. 부수적으로, 본 발명의 원리를 벗어나지 않고서 본 발명의 특정한 상황 및 물질에 적합하도록 여러가지 변형이 행해질 수 있다.

Claims (18)

  1. 레이저 펌핑 에너지 소오스, 레이저 로드, 열 전도성 지지체, 및 지지체로부터의 열을 제거하기 위한 냉각 시스템을 갖고 있는 레이저 펌프 공동에 있어서, 레이저 로드(18)에 지지체(22)를 열적 결합시키는 완충물(21)을 포함하고, 레이저 로드(18)상에 영향을 미치는 소정의 기계적 및 열적 응력을 최소화시키기 위해 열 변화에 응답하여 로드(18)와 지지체(22)사이의 차동운동을 흡수할 수 있는 물질(21)로 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프 공동.
  2. 제1항에 있어서, 완충물(21)을 레이저 로드(18)의 단부에서 자유롭게 이동시키기 위한 장치(54)를 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 공동.
  3. 제2항에 있어서, 완충물(21)이 겔로 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프 공동.
  4. 제2항에 있어서, 완충물(21)이 실리콘 겔로 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프 공동.
  5. 제1항에 있어서, 지지체(21)가 로드(18)를 완전히 둘러싸고, 에너지를 투광시키는 물질(22)로 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프 공동.
  6. 제5항에 있어서, 지지체(22) 물질이 성형 사파이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프 공동.
  7. 제1항에 있어서, 지지체(22)가 방열장치(14)에 열적 결합되는 것을 특징으로 하는 펌프 공동.
  8. 제1항에 있어서, 완충물(21)이 레이저 로드(18)로부터 멀리 균일하게 열을 전도시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프 공동.
  9. 제1항에 있어서, 레이저 로드(18)가 닦여진 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 펌프 공동.
  10. 제1항에 있어서, 지지체(22)가 로드(18) 및 냉각 시스템(11)에 인접한 표면을 갖고, 이 표면들이 에너지를 효율적으로 로드에 확산시켜 보내도록 연마되는 것을 특징으로 하는 펌프 공동.
  11. 제1항에 있어서, 지지체(122)가 방열장치(111)에 결합되고, 이 방열장치가 레이저 로드(118), 지지체(122) 및 방열장치(111) 사이를 소정의 차동 열 팽창 시키도록 완충물(130)의 물질에 의해 결합된 다수의 세그먼트들(114a, 114b)로 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프 공동.
  12. 제1항에 있어서, 지지체(122)가 레이저 로드(118)와 열 전도성 지지체(122)사이를 소정의 차동 열 팽창시키도록 완충물(121)의 물질에 의해 결합된 다수의 세그먼트들로 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프 공동.
  13. 제12항에 있어서, 완충물(121)이 실리콘 고무로 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프 공동.
  14. 제1항에 있어서, 지지체(122)가 소오스에 의해 발생된 에너지를 투광시키는 것을 특징으로 하는 펌프 공동.
  15. 레이저 로드(18)를 열 전도성 지지체(22)내에 봉입시키는 단계 및 로드(18)를 지지체(22)내에 열적 결합 완충시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 공동내의 레이저 로드 냉각방법.
  16. 제15항에 있어서, 레이저 펌핑 에너지를 투광시키도록 지지체(22)를 형성하고 지지체(22)에 로드(18)를 완전히 봉입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 열적 결합 및 완충 단계가 로드(18)와 지지체(22)사이에 겔을 배치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제15항에 있어서, 열적 결합 및 완충 단계가 로드(18)와 지지체(22) 사이에 실리콘 겔을 배치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2583228B1 (fr) * 1985-06-05 1987-08-28 Saint Louis Inst Tube laser a vapeurs metalliques
US4734913A (en) * 1985-12-16 1988-03-29 Allied Corporation Unitary solid-state laser
US4858243A (en) * 1987-06-12 1989-08-15 Raycon Corporation Laser pumping cavity
US4869068A (en) * 1988-02-29 1989-09-26 Spectra-Physics, Inc. Heat transfer strap
US4858242A (en) * 1988-06-27 1989-08-15 Allied-Signal Inc. Unitary solid-state laser
US5253260A (en) * 1991-12-20 1993-10-12 Hughes Aircraft Company Apparatus and method for passive heat pipe cooling of solid state laser heads
US5272710A (en) * 1992-09-08 1993-12-21 Hughes Aircraft Company Stress-free mounting and protection of liquid-cooled solid-state laser media
US5233624A (en) * 1992-09-30 1993-08-03 International Business Machines Corporation Method and apparatus for an increased output for a pumped laser using a moving aperture
DE4322723C2 (de) * 1993-07-08 1995-05-18 Leica Ag Vorrichtung zur strahlrichtungsstabilen Halterung eines zylindrischen Laserrohres
JP3155132B2 (ja) * 1993-09-24 2001-04-09 三菱電機株式会社 固体レーザ装置及びレーザ加工装置
GB2288271A (en) * 1994-04-07 1995-10-11 Marconi Gec Ltd Laser assembly incorporating fluid between laser cavity and housing
US5841218A (en) * 1996-02-20 1998-11-24 Hughes Electronics Laser head having a conductively cooled flashlamp
US5949805A (en) * 1997-09-22 1999-09-07 Trw Inc. Passive conductively cooled laser crystal medium
US6034977A (en) * 1998-02-17 2000-03-07 Trw Inc. Optical path difference control system and method for solid state lasers
US20020110166A1 (en) * 2001-02-14 2002-08-15 Filgas David M. Method and system for cooling a laser gain medium
TW200301980A (en) * 2002-01-10 2003-07-16 Hrl Lab Llc Diffusion bonded pump cavity
KR100531294B1 (ko) 2003-06-23 2005-11-28 엘지전자 주식회사 유기 ｅｌ 소자 및 그 제조 방법
KR100781255B1 (ko) * 2003-07-18 2007-11-30 엘지전자 주식회사 레이저 냉각 장치
JP2006086396A (ja) * 2004-09-17 2006-03-30 Yokogawa Electric Corp 光モジュール
US7406109B2 (en) * 2006-03-01 2008-07-29 Visibelle Derma Institue, Inc. Hand held laser for medical treatment
ES2324275B1 (es) * 2009-02-02 2010-03-16 Macsa Id, S.A. "aparato laser".
US8514906B1 (en) * 2010-11-25 2013-08-20 James Thomas Murray Athermal laser gain module
CN102570250A (zh) * 2011-04-06 2012-07-11 北京国科世纪激光技术有限公司 光学晶体散热装置及光学晶体散热系统
CN102544994B (zh) * 2011-04-21 2014-06-11 北京国科世纪激光技术有限公司 热沉装置
JP5858470B2 (ja) * 2012-02-28 2016-02-10 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 固体レーザー装置
US20160128776A1 (en) * 2014-11-11 2016-05-12 John Curtis Walling Diffuse reflectors and methods of use thereof
RU2607269C1 (ru) * 2015-09-28 2017-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Устройство компенсации термического расширения охлаждающей жидкости активного элемента твердотельного лазера (варианты)
US11349274B2 (en) * 2018-10-16 2022-05-31 Lumentum Operations Llc Amplifier assembly

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3500238A (en) * 1967-03-06 1970-03-10 American Optical Corp Laser assemblies and the like
CH506898A (de) * 1969-04-25 1971-04-30 Oerlikon Buehrle Ag Laser-Anordnung
US4096450A (en) * 1977-04-22 1978-06-20 Hughes Aircraft Company Conductively cooled flashlamp
US4210389A (en) * 1978-11-14 1980-07-01 Mcdonnell Douglas Corporation Bond and method of making the same
US4429394A (en) * 1981-11-09 1984-01-31 Gte Products Corporation Conduction cooled solid state laser
US4506369A (en) * 1982-08-06 1985-03-19 General Electric Company High power cesium lamp system for laser pumping

Also Published As

Publication number Publication date
IL75866A0 (en) 1985-11-29
JPH0542145B2 (ko) 1993-06-25
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EP0191821B1 (en) 1989-05-03
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ES8704043A1 (es) 1987-03-01
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ES545792A0 (es) 1987-03-01
DE3570023D1 (en) 1989-06-08
NO169099B (no) 1992-01-27

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