特表 2025-501018 圧縮冷却ファイバレーザ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-01-15

(54)【発明の名称】圧縮冷却ファイバレーザ

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/042 20060101AFI20250107BHJP

   H01S 3/067 20060101ALI20250107BHJP

【ＦＩ】

H01S3/042

H01S3/067

【審査請求】有

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2024558168

(86)(22)【出願日】2022-12-10

(85)【翻訳文提出日】2024-07-15

(86)【国際出願番号】 CN2022138227

(87)【国際公開番号】W WO2023109721

(87)【国際公開日】2023-06-22

(31)【優先権主張番号】202111586037.3

(32)【優先日】2021-12-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524232853

【氏名又は名称】光恵（上海）激光科技有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100145470

【弁理士】

【氏名又は名称】藤井 健一

(72)【発明者】

【氏名】張先明

(72)【発明者】

【氏名】劉進輝

(72)【発明者】

【氏名】丁建武

【テーマコード（参考）】

5F172

【Ｆターム（参考）】

5F172AM08

5F172EE15

5F172NQ44

5F172NQ49

5F172NS01

5F172NS02

5F172NS03

5F172NS18

5F172NS19

(57)【要約】

圧縮冷却ファイバレーザであって、ハウジング、光学部、レーザ冷却装置、レーザ駆動部、光電インタフェース部を有する。レーザハウジング内のファイバレーザと圧縮冷却装置の構造と相対的な位置を合理的に配置することにより、レーザの熱が迅速に除去されてレーザの安定性を破壊しないようにする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングを含み、ハウジング内にはファイバーレーザの光学部及びレーザ冷却装置が設けられており、光学部は、コールドプレートと、コールドプレートに設けられたポンプレーザと、増幅光ファイバー部とを含み、レーザ冷却装置が圧縮機、凝縮器、冷媒配管、膨張弁、ファンを含む圧縮冷却ファイバレーザであって、
ハウジング内には第１内部空間と第２内部空間を有し、光学部は第１内部空間に位置し、レーザ冷却装置は第２内部空間に位置し、コールドプレートはコールドプレート冷媒配管を含み、コールドプレート冷媒配管はレーザ冷却装置の冷媒配管に接続されており、冷媒の流通と循環に使用されることを特徴とする圧縮冷却ファイバレーザ。

【請求項2】

コールドプレートは、配管が埋設された平板状構造であり、半導体レーザが実装された第１コールドプレート表面と、第１コールドプレート表面に対向する第２コールドプレート表面とを有し、コールドプレートはレーザハウジングの内部片側に垂直方向に取り付けられ、コールドプレートの第２コールドプレート表面を第１内部空間と第２内部空間との分割面とすることを特徴とする請求項１に記載の圧縮冷却ファイバレーザ。

【請求項3】

ハウジングは上側キャビネットプレートと、上側キャビネットプレートに対応する下側キャビネットプレートを有し、上側キャビネットプレートと下側キャビネットプレートの間には、それぞれ順に接続された第１側板、第２側板、第３側板、第４側板の４つの側板を有し、第１側板は第３側板に対向し、第２側板は第４側板に対向し、ハウジングは一つの内部空間に囲まれており、該内部空間は、第１側板に隣接する第１内部空間と、第３側板に隣接する第２内部空間に分けられ、コールドプレートの第１コールドプレート表面はハウジングの第１側板の内側に向かい、コールドプレートの第２コールドプレート表面はハウジングの第３側板に向かうことを特徴とする請求項２に記載の圧縮冷却ファイバレーザ。

【請求項4】

ハウジングの上側キャビネットプレートには第１通風孔が設けられ、ハウジングの下側キャビネットプレートには第２通風孔が設けられ、２つの通風孔の間に空気の下から上への流通路が形成され、上側キャビネットプレートの下側には第１ファングループ及び／又は下側キャビネットプレートの上側には第２ファングループが取り付けられ、ファンの回転方向は、空気をレーザハウジングの下部の通風孔からの流入や、レーザハウジングの上部の通風孔からの流出を加速させるように設定されていることを特徴とする請求項３に記載の圧縮冷却ファイバレーザ。

【請求項5】

コールドプレートの周囲の４つの側縁はそれぞれハウジングの上側キャビネットプレート、下側キャビネットプレート、第２側板、第４側板と接触し、コールドプレートとハウジングは共に密封可能な第１内部空間を囲んで形成し、コールドプレートの第２コールドプレート表面は完全な第１内部空間と第２内部空間の分割面を形成し、第１通風孔と第２通風孔の間に流れる空気が第１内部空間を通過しないようにすることを特徴とする請求項３に記載の圧縮冷却ファイバレーザ。

【請求項6】

レーザ冷却装置は第２内部空間内に設けられ、凝縮器は第２内部空間の上側に位置し、凝縮器は冷媒配管が埋め込まれた凝縮フィン装置を含み、凝縮フィン装置は圧縮機装置と第１通風孔との間に位置し、第１通気孔は第２内部空間の上側に位置し、第２通気孔は第２内部空間の下側に位置し、凝縮フィン装置が上側キャビネットプレートの第１通風孔の下側に取り付けられ、凝縮フィン装置はフィン間の複数の隙間を有し、複数の隙間が下から上への風路を構成することを特徴とする請求項４に記載の圧縮冷却ファイバレーザ。

【請求項7】

コールドプレートは片面配管埋設コールドプレートまたは両面配管埋設コールドプレートであり、第１通風孔は上側キャビネットプレートにおいてかつ第２内部空間に対応する部分に位置し、第２通風孔は下側キャビネットプレートにおいてかつ第２内部空間に対応する部分に位置し、第１ファングループは、第１通気孔の下側及び凝縮フィングループの上側に位置し、及び／又は第２ファングループは、圧縮機と第２通気孔との間に位置することを特徴とする請求項６に記載の圧縮冷却ファイバレーザ。

【請求項8】

空冷レーザは光電インタフェース部を含み、光電インタフェース部は複数の光電インタフェースを含み、ハウジングの第２側板には、第１側板に隣接する光電インタフェース取付エリアと、第３側板に隣接する放熱表面エリアとを有し、光電インタフェース取付エリアは光電インタフェース部の少なくとも一部または全部のインタフェースを取り付けるために使用され、第２側板の光電インタフェース取付エリアは第１内部空間の側面に対応し、第２側板の放熱表面エリアは第２内部空間の側面に対応し、第２側板の放熱表面エリアには放熱を強化する表面構造が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の圧縮冷却ファイバレーザ。

【請求項9】

光電インタフェース部は、レーザ本体を外部と光電接続するために使用され、設備電源入力インタフェース、セキュリティロックインタフェース、制御信号入力インタフェース、出力光ケーブルインタフェースを含み、光電インタフェース取付エリアが光電インタフェース部のすべてのインタフェースを取り付けるために使用されることを特徴とする請求項８に記載の圧縮冷却ファイバレーザ。

【請求項10】

レーザ駆動部を含み、ポンプレーザユニットは１以上の半導体レーザであり、さらにＮ＋１正逆方向光ファイバー結合器を含み、増幅光ファイバー部はドーパント増幅光ファイバーと、ドーパント増幅光ファイバーの両端に位置する第１格子及び第２格子に分けられ、Ｎ＋１正逆方向光ファイバー結合器はポンプレーザユニットから射出されたポンプ光結合ビームを増幅光ファイバー部に結合するために使用され、レーザ冷却装置は電磁四方切換弁、冷媒貯液タンクをさらに含み、周波数変換圧縮機は冷媒配管を介して凝縮器とコールドプレート冷媒配管に接続され、冷媒配管とコールドプレート冷媒配管内には冷却剤が収容され、レーザ冷却装置はドライフィルターをさらに含み、前記ドライフィルターは前記凝縮器と熱膨張弁の間に設けられ、凝縮器はアルミニウム製パラレルフロー型熱交換器を採用することを特徴とする請求項９に記載の圧縮冷却ファイバレーザ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮冷却ファイバレーザに関し、圧縮冷却によるマシンボックス内ポンプ光源の温度を制御するものである。

【背景技術】

【0002】

高出力レーザの使用過程では、冷却機構に非常に依存している。従来のレーザ冷却では、水冷機構を用いて冷却を行うことが多く、水冷機構は巨大で設置条件が厳しく、屋外の携帯溶接に不利である。

【0003】

現在は、一部のレーザは空冷機構を用いて放熱しているが、直接ファンを用いて熱源や熱沈下した放熱フィンに対して放熱したことが多い。例えばＣＮ２１１４２８７Ｕでは、光学設備が比較的精密機器であるため、風路が直接光学装置傍を流れることにより、その付近の光学設備に影響を与えやすく、いくつかの指標の低下をもたらし、装置の信頼性に影響を与える。従来技術には圧縮冷凍を採用した空冷放熱ファイバレーザを採用したことがあり、例えばＣＮ１０３２７９９Ａは圧縮機の冷凍と暖房サイクルを用いてレーザを恒温化させる構造を開示し、文献ＣＮ２０３０７１３８９Ｕは周波数変換圧縮機圧縮冷凍を用いた小型レーザ装置を開示しているが、いずれも単純な周波数変換圧縮の原理しか使用しておらず、ファイバレーザの特徴と圧縮冷却の原理に基づいて構造の最適化を行っておらず、その冷却システムの構造は複雑で不合理であり、熱除去能力は比較的に悪く、システム全体の冷却性能に影響を与え、出力電力は小さく、風路分離効果は悪く、装置の安定性に影響を与える。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

従来技術の不足に対して、本発明は圧縮冷却ファイバレーザを提供し、従来技術の不足を克服し、設計が合理的である。

【0005】

以上の目的を達成するために、本発明は以下の技術案によって実現され、
本発明の圧縮冷却ファイバレーザでは、レーザ本体を含み、レーザ本体は、レーザハウジングを含み、ハウジング内にはファイバーレーザの光学部、レーザ冷却装置、レーザ駆動部、光電インタフェース部が設けられている。

【0006】

光学部は、光ファイバレーザ信号を射出するために使用され、ポンプレーザユニット、増幅光ファイバー部、温度制御板、光学部駆動装置を含み、好ましくは、Ｎ＋１正逆方向光ファイバー結合器をさらに含む。

【0007】

ポンプレーザユニットは１以上の半導体レーザであり、好ましくは、半導体レーザはある温度範囲に増幅室に吸収された９７６ｎｍポンプレーザをを提供するために使用される。

【0008】

増幅光ファイバー部はドーパント増幅光ファイバーと、ドーパント増幅光ファイバーの両端に位置する第１格子及び第２格子に分けられる。

【0009】

温度制御板はコールドプレートであり、半導体レーザ及び／または増幅光ファイバー部はコールドプレートに取り付けられ、コールドプレートは、配管が埋設されたコールドプレートであり、片面配管（銅）埋設コールドプレートまたは両面配管（銅）埋設コールドプレート（コールドプレートは冷却中に蒸発器として機能する）である。

【0010】

Ｎ＋１正逆方向光ファイバー結合器はポンプレーザユニットから射出されたポンプ光結合ビームを増幅光ファイバー部に結合するために使用される。

【0011】

好ましくは、光学部のポンプレーザユニット、増幅光ファイバー部、Ｎ＋１正逆方向光ファイバー結合器はいずれも温度制御板のコールドプレートに統合して取り付けられ、コールドプレートは、コールドプレート冷媒（銅）配管が埋設された平板状構造である。

【0012】

レーザ冷却装置は（周波数変換）圧縮機、凝縮器、冷媒配管、膨張弁、（周波数変換）ファンから構成され（電磁四方切換弁、冷媒貯液タンクをさらに含むこともできる）、半導体レーザに温度差の大きい温度冷却を提供するための相転移式周波数変換圧縮温度制御システムであり、ここで、コールドプレート冷媒配管はレーザ冷却装置の冷媒配管に接続されており、冷媒の流通と循環に使用され、周波数変換圧縮機は冷媒配管を介して凝縮器とコールドプレート冷媒配管に接続され、冷媒配管とコールドプレート冷媒配管内には冷却剤が収容される。

【0013】

好ましくは、レーザ冷却装置はドライフィルターをさらに含み、前記ドライフィルターは前記凝縮器と熱膨張弁の間に設けられる。

【0014】

好ましくは、凝縮器はアルミニウム製パラレルフロー型熱交換器を採用する。

【0015】

レーザ駆動部は、レーザ冷却装置及び光学部の駆動に使用される。

【0016】

光電インタフェース部は、レーザ本体を外部と光電接続するために使用され、設備電源入力インタフェース、セキュリティロックインタフェース、制御信号入力インタフェース、出力光ケーブルインタフェースを含む。

【0017】

設備電源入力インタフェースは外部電力供給に使用され、セキュリティロックインタフェースはレーザの安全なインターロックに使用され、制御信号入力インタフェースは外部制御信号の入力に使用される。

【0018】

ハウジングは略矩形のハウジングであり、前側キャビネットプレート、後側キャビネットプレート、上側キャビネットプレート、下側キャビネットプレート、左側キャビネットプレート及び右側キャビネットプレートで囲まれてなる。

【0019】

ハウジングは上側キャビネットプレートと、上側キャビネットプレートに対応する下側キャビネットプレートを有し、上側キャビネットプレートと下側キャビネットプレートの間には、それぞれ順に接続された第１側板（即ち左側キャビネットプレート）、第２側板（即ち前側キャビネットプレート）、第３側板（即ち右側キャビネットプレート）、第４側板（即ち後側キャビネットプレート）の４つの側板を有し、第１側板は第３側板に対向し（即ち左側キャビネットプレートは右側キャビネットプレートに対向）、第２側板は第４側板に対向する（即ち前側キャビネットプレートは後側キャビネットプレートに対向）。

【0020】

第１側板の面積が第２側板の面積よりも大きく、第１側板の面積が第４側板の面積よりも大きい、第３側板の面積は第２側板の面積よりも大きく、第３側板の面積は第４側板の面積よりも大きい。

【0021】

上側キャビネットプレートと下側キャビネットプレートにはそれぞれ第１通風孔と第２通風孔が設けられ、２つの通風孔の間に空気の下から上への流通路が形成される。好ましくは、上側キャビネットプレートには第１ファングループが取り付けられ、下側キャビネットプレートには第２ファングループが取り付けられ、オプションとして、上側キャビネットプレートの第１ファングループのみ、または下側キャビネットプレートの第２ファングループのみが設置できる。空気は熱を受けると通常上昇する傾向にあるため、気流の乱れを防止したりや熱の流出を加速したりするために、ファンの回転方向は、空気をレーザハウジングの下部の通風孔からの流入や、レーザハウジングの上部の通風孔からの流出を加速させるように設定されている。

【0022】

コールドプレートは、平板状構造であり、４つの側面と、半導体レーザが実装された第１コールドプレート表面と、第１コールドプレート表面に対向する第２コールドプレート表面とを有し、コールドプレートはレーザハウジングの内部片側に垂直方向に取り付けられる。

【0023】

ハウジングは、上キャビネットと下キャビネットとの間に内部空間（すなわち、ハウジングの６つのパネルで囲まれた空間）を有し、該内部空間は、第１側板に隣接する第１内部空間と第３側板に隣接する第２内部空間に分けられる。

【0024】

第１通風孔は上側キャビネットプレートにおいてかつ第２内部空間に対応する部分に位置し、第２通風孔は下側キャビネットプレートにおいてかつ第２内部空間に対応する部分に位置する。

【0025】

コールドプレートが含まれる光学部は、第１内部空間内に取り付けられ、コールドプレートは第１側板（すなわち左側キャビネットプレート）と略平行であり、コールドプレートの第１コールドプレート表面はハウジングの第１側板（すなわち左側キャビネットプレート）の内側に向かい、コールドプレートの第２コールドプレート表面はハウジングの第３側板に向かい、コールドプレートの第２コールドプレート表面は第１内部空間と第２内部空間の分割面とする。

【0026】

コールドプレートの周囲の４つの側縁はそれぞれハウジングの上側キャビネットプレート、下側キャビネットプレート、第２側板、第４側板と接触し、コールドプレートとハウジングは共に密封可能な第１内部空間を囲んで形成し、コールドプレートの第２コールドプレート表面は完全な第１内部空間と第２内部空間の分割面を形成し、第１内部空間と第２内部空間を完全に分割し、第１通風孔と第２通風孔の間に流れる空気が第１内部空間を通過しないようにし、光学部に影響を与えることを回避する。

【0027】

コールドプレートにおいてかつ第２空間に向かう側面（第２コールドプレート表面）には、コールドプレート放熱フィン突起構造を配置することが好ましい。好ましくは、コールドプレート放熱フィン突起構造は、垂直方向に沿って延びるフィン突起を複数本形成し、複数本のフィン突起の間に垂直方向に沿って延びる垂直溝を形成する。

【0028】

レーザ冷却装置は第２内部空間内に取り付けられ、すなわち圧縮機、凝縮器、冷媒配管、膨張弁、ファン（いくつかの実施形態では電磁四方切換弁、冷媒貯液タンクをさらに含む）などの装置が第２内部空間内に設置され、ここで、凝縮器は第２内部空間の上側に位置し（熱の除去を容易にする）、凝縮器は冷媒配管が埋め込まれた凝縮フィン装置を含み、凝縮フィン装置は圧縮機装置と第１の通風孔との間に位置する。

【0029】

凝縮フィン装置は、上側キャビネットプレートの第１通風孔の下側に取り付けられ、凝縮フィン装置はフィン間の複数の隙間を有し、複数の隙間は、空気の流通路が凝縮フィン装置に遮られないように下から上への風路を構成する。

【0030】

第１通気孔は第２内部空間の上側に位置し、第２通気孔は第２内部空間の下側に位置する。

【0031】

好ましくは、第１ファングループは凝縮フィングループの下側と圧縮機の上側、すなわち凝縮フィングループと圧縮機との間に位置し、もちろん、第１ファングループは、通路内の気流をより安定させるように、第１通気孔の下側と凝縮フィングループの上側、すなわち第１通気孔と凝縮装置との間に位置してもよい。

【0032】

好ましくは、第２のファングループは圧縮機と第２通気孔との間に位置する。

【0033】

ハウジングの第２側板には、第１側板に隣接する光電インタフェース取付エリアと、第３側板に隣接する放熱表面エリアとを有し、光電インタフェース取付エリアは光電インタフェース部の少なくとも一部または全部のインタフェースを取り付けるために使用される。

【0034】

第２側板の光電インタフェース取付エリアは、第１内部空間の側面に対応し、第１内部空間内にポンプ光源、増幅光ファイバーなどの光学部品を有するため、光電インタフェースを第１側板に隣接する光電インタフェース取付エリアに取り付けることで、第１内部空間に位置する光学部品を直接接続することができ、内部の長く複雑な光電経路を回避することができる。

【0035】

第２側板の放熱表面エリアは第２内部空間の側面に対応し、第２内部空間内には冷却装置が取り付けられており空冷通路が形成されているため、第２側板の放熱表面エリアに放熱を強化する表面構造を設け、装置の放熱を強化することができる。放熱表面エリアには複数の放熱突起が設けられており、好ましくは、放熱突起は、放熱表面エリアにおいてかつハウジング外に向かう側、及び／又は、ハウジング内に向かう側に設けられてもよい。

【0036】

同様に、ハウジングの第４側板も第２側板と同様に設けることが好ましい。

【0037】

第４側板には、第１側板に隣接する光電インタフェース取付エリアと、第３側板に隣接する放熱表面エリアとを有し、光電インタフェース取付エリアは光電インタフェース部の少なくとも一部または全部のインタフェースを取り付けるために使用される。

【0038】

第４側板の光電インタフェース取付エリアは、第１内部空間の側面に対応し、第１内部空間内にポンプ光源、増幅光ファイバーなどの光学部品を有するため、光電インタフェースを第１側板に隣接する光電インタフェース取付エリアに取り付けることで、第１内部空間に位置する光学部品を直接接続することができ、内部の長く複雑な光電経路を回避することができる。

【0039】

第４側板の放熱表面エリアは第２内部空間の側面に対応し、第２内部空間内には冷却装置が取り付けられており空冷通路が形成されているため、第４側板の放熱表面エリアに放熱を強化する表面構造を設け、装置の放熱を強化することができる。放熱表面エリアには複数の放熱突起が設けられており、好ましくは、放熱突起は、放熱表面エリアにおいてかつハウジング外に向かう側、及び／又は、ハウジング内に向かう側に設けられてもよい。

【0040】

いくつかの実施形態では、ハウジングの第３側板においてかつハウジング外に向かう表面及び／又はハウジング内に向かう表面には、放熱を高める突起構造を有する。

【0041】

好ましくは、前記キャビネットの寸法は６５０ｍｍ×３００ｍｍ×５７０ｍｍである。好ましくは、前記キャビネットの下部キャビネットプレートの４つの角には、それぞれ一つのユニバーサルホイールが取り付けられている。ハウジングはアルミニウム形材構造を採用し、組み立て、分解修理が便利で、放熱を保証すると同時に、キャビネットのスペースも節約した。好ましくは、圧縮冷却ファイバレーザは、携帯用ハンドヘルドファイバ溶接機に使用される。

【発明の効果】

【0042】

本発明は圧縮冷却ファイバレーザを提供し、その合理的な構造はファイバレーザと圧縮冷却装置の構造を構成し、レーザの熱が迅速に除去されてレーザの安定性を破壊しないようにする。
ファイバレーザのポンプ光源、光ファイバー結合器、増幅光ファイバ全体をコールドプレートに統合することによって、レーザをより集積し、冷却しやすくし、ポンプレーザは大面積コールドプレートに分布されており、熱伝達がより速く、そして、コールドプレートの側面をレーザハウジングの側面に取り付け、冷却装置をハウジング内の反対側に取り付け、配管が埋設されたコールドプレート内の冷媒を通じて迅速に熱を除去し、圧縮機を通じて熱を凝縮器に持ち込む。下から上への風路を構成することにより、空気が熱を受けて自然に上昇するとともに、ファンが空気の下から上への流入を加速させしたり、熱のファンによる風に吹き出せたりするように設定されている。コールドプレートによって光学部の第１の内部空間と冷却装置の第２の内部空間を分離し、光学装置空間と放熱空間を区分し、凝縮装置が急速に放熱されると同時にレーザに影響を与えないようにする。同時に風がコールドプレートの第２コールドプレート表面を流すことで、コールドプレートの第２コールドプレート表面も放熱することができ、放熱の表面積も大きくなった。すなわち、同一風路下において、冷媒を用いた熱伝導放熱構造と第２コールドプレート表面放熱エリアが同時に同一の高速風流によって熱を除去し、二重高効率放熱（風路の順方向経路上の凝縮フィングループと風路側方向上の第２コールドプレート表面の熱伝導放熱）を実現すると同時に、マシンボックス内レイアウトが複雑化されていない（大風量風路全体が複数の個別の風路に対して効率が高く騒音が小さい）、同時にハウジングの第２側面または第４側面にはインターフェース取付エリアと放熱エリアを区分し、ハウジングの放熱能力を増大させると同時に光電接続をより直接的にし、光電接続の複雑性と可能な光減衰を減少させる。

【図面の簡単な説明】

【0043】

本発明または先行技術における技術的態様をより明確に説明するために、以下では先行技術の説明において使用する必要がある図面について簡単に説明する。

【図1】本発明に係るレーザの概略図である。

【図2】ハウジング外から第４側板（又は第２側板）に向かって見たハウジング内レイアウトの概略図である。

【図3】本発明に係るレーザ風路の概略図である。

【図4】本発明に係る第２側板（又は第４側板）の概略図である

【図5】図２におけるコールドプレートの拡大図である。

【図6】図２における冷媒配管接続方式の模式図。

【図7】ハウジングの上側（または下側）から見たレイアウトの概略図である。

【図8】コールドプレートの第２コールドプレート表面の放熱構造概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0044】

本発明の目的、技術案及び利点をより明確にするために、以下に本発明の図面を結合して、本発明の技術案を明確に、完全に説明する。

【0045】

図１に示すように、本発明の圧縮冷却ファイバレーザでは、レーザ本体を含み、レーザ本体は、レーザハウジングを含み、ハウジング内にはファイバーレーザの光学部、レーザ冷却装置、レーザ駆動部、光電インタフェース部が設けられている。

【0046】

光学部は、光ファイバレーザ信号を射出するために使用され、ポンプレーザユニット１０１、増幅光ファイバー部１０２、温度制御板１０３、光学部駆動装置を含み、いくつかの実施形態では、Ｎ＋１正逆方向光ファイバー結合器をさらに含む。

【0047】

ポンプレーザユニット１０１は１以上の半導体レーザであり、いくつかの実施形態では、半導体レーザはある温度範囲に増幅室に吸収された９７６ｎｍポンプレーザをを提供するために使用される。

【0048】

増幅光ファイバー部１０２はドーパント増幅光ファイバーと、ドーパント増幅光ファイバーの両端に位置する第１格子及び第２格子に分けられる。

【0049】

温度制御板１０３はコールドプレートであり、半導体レーザ及び／または増幅光ファイバー部はコールドプレートに取り付けられ、コールドプレートは、配管が埋設されたコールドプレートであり、片面配管（銅）埋設コールドプレートまたは両面配管（銅）埋設コールドプレート（コールドプレートは冷却中に蒸発器として機能する）である。

【0050】

Ｎ＋１正逆方向光ファイバー結合器はポンプレーザユニットから射出されたポンプ光結合ビームを増幅光ファイバー部に結合するために使用される。

【0051】

いくつかの実施形態では、光学部のポンプレーザユニット１０１、増幅光ファイバー部１０２、Ｎ＋１正逆方向光ファイバー結合器はいずれも温度制御板のコールドプレート１０３に統合して取り付けられ、コールドプレートは、コールドプレート冷媒（銅）配管１０３１が埋設された平板状構造である。

【0052】

レーザ冷却装置は（周波数変換）圧縮機、凝縮器、冷媒配管、膨張弁、（周波数変換）ファンから構成され（電磁四方切換弁、冷媒貯液タンクをさらに含むこともできる）、半導体レーザに温度差の大きい温度冷却を提供するための相転移式周波数変換圧縮温度制御システムであり、ここで、コールドプレート冷媒配管１０３１はレーザ冷却装置の冷媒配管に接続されており、冷媒の流通と循環に使用され、周波数変換圧縮機は冷媒配管を介して凝縮器とコールドプレート冷媒配管１０３１に接続され、冷媒配管とコールドプレート冷媒配管１０３１内には冷却剤が収容される。

【0053】

いくつかの実施形態では、レーザ冷却装置はドライフィルターをさらに含み、前記ドライフィルターは前記凝縮器と熱膨張弁の間に設けられる。

【0054】

いくつかの実施形態では、凝縮器はアルミニウム製パラレルフロー型熱交換器を採用する。

【0055】

レーザ駆動部は、レーザ冷却装置及び光学部の駆動に使用される。

【0056】

光電インタフェース部は、レーザ本体を外部と光電接続するために使用され、設備電源入力インタフェース、セキュリティロックインタフェース、制御信号入力インタフェース、出力光ケーブルインタフェースを含む。

【0057】

設備電源入力インタフェース４は外部電力供給に使用され、セキュリティロックインタフェース５はレーザの安全なインターロックに使用され、制御信号入力インタフェース６は外部制御信号の入力に使用される。

【0058】

図１を参照して、ハウジングは略矩形のハウジングであり、前側キャビネットプレート、後側キャビネットプレート、上側キャビネットプレート、下側キャビネットプレート、左側キャビネットプレート及び右側キャビネットプレートで囲まれてなる。

【0059】

ハウジングは上側キャビネットプレート１０１１と、上側キャビネットプレート１０１１に対応する下側キャビネットプレート１０１２を有し、上側キャビネットプレートと下側キャビネットプレートの間には、それぞれ順に接続された第１側板１０１３（即ち左側キャビネットプレート）、第２側板１０１４（即ち前側キャビネットプレート）、第３側板１０１５（即ち右側キャビネットプレート）、第４側板１０１６（即ち後側キャビネットプレート）の４つの側板を有し、第１側板１０１３は第３側板１０１５に対向し（即ち左側キャビネットプレートは右側キャビネットプレートに対向）、第２側板１０１４は第４側板１０１６に対向する（即ち前側キャビネットプレートは後側キャビネットプレートに対向）。

【0060】

第１側板の面積が第２側板の面積よりも大きく、第１側板の面積が第４側板の面積よりも大きい、第３側板の面積は第２側板の面積よりも大きく、第３側板の面積は第４側板の面積よりも大きい。

【0061】

上側キャビネットプレート１０１１と下側キャビネットプレート１０１２にはそれぞれ第１通風孔と第２通風孔が設けられ、２つの通風孔の間に空気の下から上への流通路が形成される。いくつかの実施例では、上側キャビネットプレート１０１１には第１ファングループが取り付けられ、下側キャビネットプレート１０１２には第２ファングループが取り付けられ、オプションとして、上側キャビネットプレートの第１ファングループのみ、または下側キャビネットプレートの第２ファングループのみが設置できる。空気は熱を受けると通常上昇する傾向にあるため、気流の乱れを防止したりや熱の流出を加速したりするために、図３に示すように、ファンの回転方向は、空気をレーザハウジングの下部の通風孔からの流入や、レーザハウジングの上部の通風孔からの流出を加速させるように設定されている。

【0062】

コールドプレートは、平板状構造であり、４つの側面と、半導体レーザが実装された第１コールドプレート表面と、第１コールドプレート表面に対向する第２コールドプレート表面とを有し、コールドプレートはレーザハウジングの内部片側に垂直方向に取り付けられる。

【0063】

図２を参照すると、ハウジングは、上キャビネット１０１１と下キャビネット１０１２との間に内部空間（すなわち、ハウジングの６つのパネルで囲まれた空間）を有し、該内部空間は、第１側板１０１３に隣接する第１内部空間と第３側板に隣接する第２内部空間に分けられる。

【0064】

第１通風孔は上側キャビネットプレートにおいてかつ第２内部空間に対応する部分に位置し、第２通風孔は下側キャビネットプレートにおいてかつ第２内部空間に対応する部分に位置する。

【0065】

コールドプレートが含まれる光学部は、第１内部空間内に取り付けられ、コールドプレートは第１側板（すなわち左側キャビネットプレート）と略平行であり、コールドプレートの第１コールドプレート表面はハウジングの第１側板（すなわち左側キャビネットプレート）の内側に向かい、コールドプレートの第２コールドプレート表面はハウジングの第３側板に向かい、コールドプレートの第２コールドプレート表面は第１内部空間と第２内部空間の分割面とする。

【0066】

コールドプレートの周囲の４つの側縁はそれぞれハウジングの上側キャビネットプレート、下側キャビネットプレート、第２側板、第４側板と接触し、コールドプレートとハウジングは共に密封可能な第１内部空間を囲んで形成し、コールドプレートの第２コールドプレート表面は完全な第１内部空間と第２内部空間の分割面を形成し、第１内部空間と第２内部空間を完全に分割し、第１通風孔と第２通風孔の間に流れる空気が第１内部空間を通過しないようにし、光学部に影響を与えることを回避する。

【0067】

風がコールドプレートの第2コールドプレート表面を流すため、コールドプレートの第2コールドプレート表面も放熱することができ、放熱の表面積も大きくなった。

【0068】

コールドプレートの熱を冷媒による除去する一方、効率的に高速風流による除去するために、コールドプレートにおいてかつ第２空間に向かう側面（第２コールドプレート表面）には、コールドプレート放熱フィン突起構造を配置することが好ましい。好ましくは、コールドプレート放熱フィン突起構造は、垂直方向に沿って延びるフィン突起を複数本形成し、複数本のフィン突起の間に垂直方向に沿って延びる垂直溝を形成し、空冷の放熱効率を高める。

【0069】

コールドプレート及びコールドプレート放熱フィン突起構造は一体構造であるのが好ましく、コールドプレート及び/又はコールドプレート放熱フィン突起構造は、高熱伝導材料を用いて作製されるのが好ましい。

【0070】

レーザ冷却装置は第２内部空間内に取り付けられ、すなわち圧縮機、凝縮器、冷媒配管、膨張弁、ファン（いくつかの実施形態では電磁四方切換弁、冷媒貯液タンクをさらに含む）などの装置が第２内部空間内に設置され、ここで、凝縮器は第２内部空間の上側に位置し（熱の除去を容易にする）、凝縮器は冷媒配管が埋め込まれた凝縮フィン装置を含み、凝縮フィン装置は圧縮機装置と第１の通風孔との間に位置する。

【0071】

凝縮フィン装置は、上側キャビネットプレート１０１１の第１通風孔の下側に取り付けられ、凝縮フィン装置はフィン間の複数の隙間を有し、複数の隙間は、空気の流通路が凝縮フィン装置に遮られないように下から上への風路を構成する。

【0072】

いつくかの実施形態では、第２内部空間の体積は第1の内部空間の体積よりも大きい。

【0073】

第１通気孔は第２内部空間の上側に位置し、第２通気孔は第２内部空間の下側に位置する。

【0074】

いつくかの実施形態では、第１ファングループは凝縮フィングループの下側と圧縮機の上側、すなわち凝縮フィングループと圧縮機との間に位置し、もちろん、第１ファングループは、通路内の気流をより安定させるように、第１通気孔の下側と凝縮フィングループの上側、すなわち第１通気孔と凝縮装置との間に位置してもよい。

【0075】

いつくかの実施形態では、第２のファングループは圧縮機と第２通気孔との間に位置する。

【0076】

図４を参照すると、ハウジングの第２側板１０１４には、第１側板に隣接する光電インタフェース取付エリアと、第３側板に隣接する放熱表面エリアとを有し、光電インタフェース取付エリアは光電インタフェース部の少なくとも一部または全部のインタフェースを取り付けるために使用される。

【0077】

第２側板の光電インタフェース取付エリアは、第１内部空間の側面に対応し、第１内部空間内にポンプ光源、増幅光ファイバーなどの光学部品を有するため、光電インタフェースを第１側板に隣接する光電インタフェース取付エリアに取り付けることで、第１内部空間に位置する光学部品を直接接続することができ、内部の長く複雑な光電経路を回避することができる。

【0078】

第２側板の放熱表面エリアは第２内部空間の側面に対応し、第２内部空間内には冷却装置が取り付けられており空冷通路が形成されているため、第２側板の放熱表面エリアに放熱を強化する表面構造を設け、装置の放熱を強化することができる。図４を参照すると、放熱表面エリアには複数の放熱突起が設けられており、好ましくは、放熱突起は、放熱表面エリアにおいてかつハウジング外に向かう側、及び／又は、ハウジング内に向かう側に設けられてもよい。

【0079】

同様に、いくつかの実施形態では、ハウジングの第４側板１０１６も第２側板と同様に設けることができる。

【0080】

第４側板１０１６には、第１側板に隣接する光電インタフェース取付エリアと、第３側板に隣接する放熱表面エリアとを有し、光電インタフェース取付エリアは光電インタフェース部の少なくとも一部または全部のインタフェースを取り付けるために使用される。

【0081】

第４側板の光電インタフェース取付エリアは、第１内部空間の側面に対応し、第１内部空間内にポンプ光源、増幅光ファイバーなどの光学部品を有するため、光電インタフェースを第１側板に隣接する光電インタフェース取付エリアに取り付けることで、第１内部空間に位置する光学部品を直接接続することができ、内部の長く複雑な光電経路を回避することができる。

【0082】

第４側板の放熱表面エリアは第２内部空間の側面に対応し、第２内部空間内には冷却装置が取り付けられており空冷通路が形成されているため、第４側板の放熱表面エリアに放熱を強化する表面構造を設け、装置の放熱を強化することができる。放熱表面エリアには複数の放熱突起が設けられており、好ましくは、放熱突起は、放熱表面エリアにおいてかつハウジング外に向かう側、及び／又は、ハウジング内に向かう側に設けられてもよい。

【0083】

いくつかの実施形態では、ハウジングの第３側板においてかつハウジング外に向かう表面及び／又はハウジング内に向かう表面には、放熱を高める突起構造を有する。

【0084】

好ましい実施形態では、前記キャビネットの寸法は６５０ｍｍ×３００ｍｍ×５７０ｍｍである。

【0085】

好ましい実施形態では、前記キャビネットの下部キャビネットプレートの４つの角には、それぞれ一つのユニバーサルホイールが取り付けられている。ハウジングはアルミニウム形材構造を採用し、組み立て、分解修理が便利で、放熱を保証すると同時に、キャビネットのスペースも節約した。

【0086】

上記の実施形態は、本発明の技術的態様を説明するためにのみ使用され、それに限定されるものではない。前述の実施形態を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者は、前述の各実施形態に記載された請求項を修正したり、その一部の技術的特徴を同等に置き換えたりすることができ、これらの修正または置換は、対応する技術案の本質を本発明の各実施形態の技術案の精神と範囲から逸脱させるものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】