(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガスを受け取り、該ガスを冷却し、該ガスの少なくとも一部を液化するのに適した開放サイクルジュール−トムソン冷却装置と、ジュール−トムソン冷却装置と流体連結するように配置された、ジュール−トムソン冷却装置から該少なくとも一部が液化したガスを受け取るのに適した、リザーバー（３０）と、を有する熱管理アセンブリ（１２）と、
熱管理アセンブリ（１２）と熱的につながるように配置されたレーザー利得アセンブリ（１１）と、を備え、
リザーバー（３０）が、該レーザー利得アセンブリ（１１）と熱管理アセンブリ（１２）との熱交換の結果として気化したガスを放出するのに適している、レーザー熱管理システム。
【請求項２】
ジュール−トムソン冷却装置と流体連結するように配置された高圧ガスタンク（４０）をさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
レーザー利得アセンブリ（１１）がさらにレーザー利得媒体（８６）を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
レーザー利得アセンブリ（１１）がさらに一又は複数のレーザーポンプダイオード（７０）を備える請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
レーザー利得媒体（８６）が熱管理アセンブリ（１２）と熱的につながるように配置された請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
一又は複数のポンプダイオード（７０）が熱管理アセンブリ（１２）と熱的につながるように配置された請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
レーザー利得媒体（８６）がリザーバー（３０）と熱的につながるように配置された請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
一又は複数のポンプダイオード（７０）がリザーバー（３０）と熱的につながるように配置された請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
熱管理アセンブリ（１２）が、
リザーバー（３０）と熱的につながるように配置された第１熱交換器（９８）、
第２熱交換器（９９）、及び、
第１熱交換器（９８）及び第２熱交換器（９９）に流体連結し、２つの該熱交換機の間で流体を再循環動作可能であるポンプ（７８）、をさらに備え、
ポンプ（７８）並びに第１及び第２熱交換器（９８／９９）が閉じた流体循環ループ内でつながる請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
レーザー利得媒体（８６）が第２熱交換器（９９）と熱的につながるように配置された請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
一又は複数のポンプダイオード（７０）が第２熱交換器（９９）と熱的につながるように配置された請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
高圧ガスタンク（４０）が、少なくとも１、０００ｐｓｉの圧力のガスを含む請求項２に記載のシステム。
【請求項１３】
高圧ガスタンク（４０）が、窒素、アルゴン、エタン、ペンタン、及びハロンＴＭからなるグループから選択されるガスを含む請求項２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記高圧ガスタンク（４０）が、主に窒素、エタン、及びペンタンからなるガス混合物を含む請求項２に記載のシステム。
【請求項１５】
レーザー利得媒体（８６）が、Ｎｄ３＋、Ｙｂ３＋、Ｈｏ３＋、Ｔｍ３＋＋、Ｅｒ３＋、及びＴｉ３＋からなるグループから選択されるレーザ活性イオンを含む請求項３に記載のシステム。
【請求項１６】
レーザー利得媒体（８６）が、ロッド、ディスク、及びスラブからなるグループから選択される形状に成形される請求項３に記載のシステム。
【請求項１７】
レーザーシステムから熱を除去する方法であって、
高圧ガスを開放サイクルのジュール−トムソン冷却器に受け取ること、
該ジュール−トムソン冷却器によって該ガスを冷却し、その少なくとも一部を液化すること、
該少なくとも一部が液化したガスを該レーザーシステムの熱管理アセンブリ（１２）のリザーバー（３０）へ受け取ること、
該レーザーシステムのレーザー利得アセンブリ（１１）と熱管理アセンブリ（１２）との熱交換の結果として気化したガスをリザーバー（３０）から放出することを含み、
レーザー利得アセンブリ（１１）が熱管理アセンブリ（１２）と熱的につながるように配置された、レーザーシステムから熱を除去する方法。
【請求項１８】
ガスの冷却及び部分的液化の前に、湿気及び粒子を除去するフィルター及びドライヤー（３４）を通じて前記高圧ガスを供給することをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
熱管理アセンブリ（１２）のリザーバー（３０）によって、レーザー利得アセンブリ（１１）から生じる熱を交換することをさらに含み、レーザー利得アセンブリ（１１）はリザーバー（３０）と熱的につながるように配置された、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
熱管理アセンブリ（１２）のリザーバー（３０）と熱的につながるように配置された第１熱交換器（９８）内の流体を冷却すること、
第１熱交換機と第２熱交換機と（９８，９９）を接続する閉じたループを介して、ポンプ（７８）によって、冷却された流体を、該レーザー利得媒体と熱的につながるように配置された第２熱交換器（９９）へ送り込むこと、
第２熱交換器（９９）で該レーザー利得アセンブリ（１１）を冷却すること、及び、
該ポンプ（７８）によって、該閉じたループを介して、該レーザー利得アセンブリ（１１）との熱的接触によって温められた流体を第１熱交換器（９８）へ戻すことをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して高平均出力レーザーのための熱管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
運転の間にレーザーから生じる熱の除去のためのシステム及び方法が求められている。特に、非常に機動性のある、計量なレーザーシステムには、エネルギー効率、厳格な小型の熱移送技術が求められる。
【０００３】
例えば、高平均出力（ＨＡＰ）半導体レーザー（ＳＳＬ）は、防衛での実用においてますます重要であると見なされ、請負業者は、現在、特にロケット砲及び発射対に対する、対ミサイル防衛に用いられるＨＡＰ−ＳＳＬを開発している。このようなＨＡＰ−ＳＳＬシステムは陸上車、船舶及び航空機といったような移動発射台に設置される。移動ＨＡＰ−ＳＳＬもまた、核設備の解体、油井及び道路トンネルの穴開け、及び宇宙船軌道を含む、特別な工業用途に対応している。
【０００４】
実験用のＳＳＬでの排熱は、一般的に、２つの熱的に連結した閉じたループ、熱を環境（空気又は実用水）排出する蒸気圧縮型熱ポンプを有する第１のループ及び液状冷媒を再循環させる第２のループ、を利用する通常の熱管理システム（ＴＭＳ）によって成される。このようなＴＭＳは大きく、重く、高価であり、運転に大きな原動力を要する。これらの制限は、要求に応じた迅速な大量の熱の排出が求められる軍事ＨＡＰ−ＳＳＬ用途での利用を妨げている。
【０００５】
液体窒素（ＬＮ２）は、すぐに蒸発し、環境に適しているため、使い捨ての冷媒としても用いられている。しかしながら、ＬＮ２は冷凍された場合のみ延長された期間で保存可能であり、多くの軍事システムにおいて実用的でない。アンモニア及びフロンは室温ですぐに蒸発し、保存可能である。しかしながら、これらは環境的に好ましくない。先述の液体ＴＭＳには、陸上車及び船に適した液体冷媒のタンクが必要であるが、その大きさ、重量及び重力に対する感度のために、航空機のプラットフォームにはあまり適さない。
【０００６】
ＳＳＬは、結晶やガラス中に添加された、励起したネオジウム、イットリビウム、あるいは他の適したレーザー発生イオンの反転分布から、位相のそろった光を引き出す。分布の反転は、レーザー波長よりも短い波長における光学的放射の吸収による、レーザー発生イオンの光学的励起によって達成される。このプロセスは、一般的に“ポンピング”と称される。励起源及び用いられるレーザー発生イオンに基づいて、光学的ポンプ励起の多数（典型的には１０から５０％）が熱に変換され、ＳＳＬ利得媒体内に蓄積される。続く運転のため、無駄な熱は、レーザー媒体の選択された表面を冷却することにより、直ぐさま除去されなければならない。さらには、光学的ポンプ励起の源（典型的には半導体ダイオード）もまた、冷却が必要とされる。ＳＳＬをポンプするための半導体ダイオードの電気光学効率は、典型的には約３５−５６％であり、残りは除去されるべき熱である。
【０００７】
結果として、ＨＡＰ−ＳＳＬで発生するレーザーエネルギーの全てのジュールについて、２ないし６ジュールの熱がレーザーから除去されなければならない。従って、ＨＡＰ−ＳＳＬを用いることは、概して熱の有意量を除去する必要が含まれている。
【０００８】
準室温におけるＳＳＬ材料及びポンプダイオードの操作は、デバイス効率及び熱機械／熱光学特性を向上させることがこの技術においてよく知られている。特に、低温において多くの重要なレーザー材料が熱伝導性を上昇させ、熱膨張係数を低減させ、熱分散係数（ｄｎ／ｄＴ）を低減させる。ここでｎは屈折の指数、Ｔは温度である通常の冷却システムは、準室温におけるＳＳＬを運転するために利用されるが、これらのサイズ、重量、及び原動力の必要性が、例えば、軍事ＨＡＰ−ＳＳＬ等の応用を妨げている。
【０００９】
家庭用の冷蔵庫が閉循環ジュール−トムソンプロセスを利用していることは注目すべきである。しかしながら、重量の低減及び出力の要求のために、開放サイクルジュール−トムソン低温冷却器が多くの工業及び軍事目的に利用されている。ここ１０年での革新は、フォトリソグラフィーによって加工された高効率熱交換器、及び純粋なガスではないガスの混合物の利用を含んでいる。
【００１０】
フォトリソグラフィーによって製造された熱交換器は、小さなサイズ、低い熱質量、及び低コストを特徴とする。これらの低い熱質量のおかげで、これらの熱交換器は、数秒で室温から８０度ケルビンまで急冷する性能を示す。
【００１１】
ジュール−トムソン低温冷却器で最も多く用いられるガスは窒素又はアルゴンである。しかしながら、最近の実験により、少量の、エタン、ペンタン、プロパンといった高沸点ガスを窒素又はアルゴンに混ぜることで、ジュール−トムソン冷却効果が２ないし１０倍に増加することが示されている。さらには、少量のハロンＴＭ（ＣＢｒＦ３）は混合物を不燃性にする。例えば、約７１．４ｋＪ／ｋｇの冷却効果に変換される、３００気圧の初期圧力でタンクから周囲の背圧に排出される、８０度Ｋでの、８３％窒素、１０％エタン及び７％プロパンの混合物からの積分等エンタルピー冷却効果はガス混合物の約２．４ｋＪ／ｍｏｌである。該タンク圧力を１，０００気圧（１４、３００ｐｓｉ）まで上昇させることにより該冷却効果は大いに増加（おそらく３倍程度）することが予想される。
【００１２】
結果として、レーザー放射の間に放出される大量の熱のために、厳格で、エネルギー効率の良い、軽量、安価であるＨＡＰ−ＳＳＬ冷却システムが望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
システム及び方法は、レーザーシステムのための熱管理を提供するためここに開示される。特に、本開示の実施形態に関して、レーザー熱管理システムは、熱管理アセンブリ及びレーザー利得アセンブリを備えている。該レーザー利得アセンブリは、レーザー利得媒体及び一又は複数のレーザーポンプダイオードを備えている。該熱管理アセンブリは、タンクからの高圧ガスを受け取り該ガスを冷却するのに適した開放サイクルジュール−トムソン冷却装置に流動的につながる高圧ガスタンク、及びジュール−トムソン冷却装置と流動的につながるリザーバーを備えている。該リザーバーはジュール−トムソン冷却装置からの濃縮ガスの少なくとも一部を受け取るのに適している。全てあるいは一部のレーザー利得アセンブリはリザーバーと熱的に良好につながる。該レーザー利得アセンブリはレーザー利得媒体及び一又は複数のレーザーポンプダイオードを備えている。該リザーバーは、レーザー利得アセンブリとリザーバーとの熱交換の結果として気化したガスを放出するのに適している。
【００１４】
本開示の他の実施形態によれば、レーザー熱管理システムは、熱管理アセンブリ及びレーザー利得アセンブリを備えている。該熱管理アセンブリは、開放サイクルジュール−トムソン冷却装置と流動的につながる高圧ガスタンク、開放サイクルジュール−トムソン冷却装置と流動的につながるリザーバー、第１熱交換器、流体移送チューブ及び流体ポンプを介して第１熱交換器と流動的につながる及び第２熱交換器をさらに備えている。該ジュール−トムソン冷却装置は高圧ガスタンクからの高圧ガスを受け取り該ガスを冷却するのに適し、ガスの少なくとも一部が冷却の結果として凝集する。該リザーバーは、ジュール−トムソン冷却装置からの濃縮ガスの少なくとも一部を受け取るのに適している。該第１熱交換器は、熱管理アセンブリと熱的に良好につながり、好ましくは、熱管理アセンブリのリザーバーと熱的に良好につながる。該第２熱交換器はレーザー利得アセンブリと熱的に良好につながる。第１熱交換器とリザーバーとの熱交換、及びレーザー利得アセンブリと第２熱交換器との熱交換の結果として気化したリザーバー内のガスはリザーバーから排出される。
【００１５】
本開示の他の実施形態によれば、レーザー熱管理の方法は、湿気及び粒子を除去するフィルター及びドライヤーを通じてタンクから高圧ガスを供給することを含む。該高圧ガスは冷却及び等エンタルピー拡張によるガス凝縮物を液化させるために熱交換器を通過する。冷たいガス及び凝縮物は、レーザー利得アセンブリの全て又は一部と熱的に良好につながるリザーバーを通過する。リザーバーとレーザー利得アセンブリとの熱交換の結果としてリザーバー内の凝集物から気化したガスはリザーバーから排出される。
【００１６】
本開示の他の実施形態によれば、レーザー熱管理の方法は、湿気及び粒子を除去するフィルター及びドライヤーを通じてタンクから高圧ガスを供給することを含む。該乾燥してフィルターを通過した高圧ガスは冷却及び等エンタルピー拡張によるガス凝縮物を液化させるために熱交換器を通過する。冷たいガス及び凝縮物は、流体移送チューブ及び流体ポンプを介して第２熱交換器と流動的につながる第１熱交換器と熱的に良好につながるリザーバーに供給される。リザーバーとーザー利得アセンブリとの熱交換の結果としてリザーバー内の凝集物から気化したガスはリザーバーから排出される。第１熱交換器方の冷たいガスは、第２熱交換器へ送り込まれる。該第２熱交換器はレーザー利得アセンブリと熱的に良好につながる。第２熱交換器からの暖かい流体は、閉じたループの流体ポンプを介して第１熱交換器に戻る。リザーバーと第１熱交換器との熱交換の結果としてリザーバー内の凝集物から気化したガスはリザーバーから排出される。
【００１７】
本開示の範囲は、参照することによりこのセクションに組み込まれる請求の範囲によって定義される。以下の一又は複数の実施形態の詳細な記載の考慮により、本開示の実施形態のさらなる完全な理解は当業者に与えられ、そのさらなる利点も同様である。先ず簡潔に説明される添付の図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本開示の実施形態に係る熱管理システムを説明するブロック図である。
【図２】本開示の他の実施形態に係る熱管理システムを説明するブロック図である。
【００１９】
本開示の実施形態及びこれらの利点は、以下の詳細な記載を参照することによってよく理解される。一又は複数の図面中に示される要素と同様に、識別のために参照番号が用いられることが好ましい。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
現在のＨＡＰ−ＳＳＬのためのＴＭＳは、使い捨ての冷媒による蒸発冷却を含む。水蒸発ＴＭＳもまた他の応用で用いられる。水蒸発ＴＭＳの一つの制限は、水（環境的には最も望ましい冷媒）は、海面において０℃で凍ると共に１００度で沸騰し、熱力学的熱交換効率を制限する。さらに、高い温度範囲でのレーザー放射を必要とし、レーザー放射効率を制限する。液体冷媒の沸点を液体窒素又はアルゴンの沸点より上げ、水の沸点より十分に下にすることは冷却及びレーザー効率の改良に重要である。
【００２１】
ジュール−トムソン開放サイクル冷却器において、冷却システム内のガスは冷却プロセスの間に排出され、リサイクルされない。さらに、冷却プロセスにおいては機械的な仕事は行われない。冷却器という単語の意味は、例えば、部分的に濃縮された冷たいガスを利用して、媒体から熱を除去して冷却するための装置、等と広く解される。
【００２２】
図１を参照すると、ＳＳＬ／ＴＭＳモジュール１０が第１の実施形態に従って示されている。該ＳＳＬ／ＴＭＳモジュール１０は、概して熱管理アセンブリ１２及びレーザー利得アセンブリ１１を備えている。
【００２３】
熱管理アセンブリ１２は、適した高圧のガスで満たされたタンク４０、フィルライン５６、フィルバルブ２２、遮断バルブ４２、フィルター及びドライヤー３４、チェックバルブ２４、逆流熱交換器３２、ジュール−トムソン拡張バルブ２８、流入ライン６４、リザーバー３０、流出ライン６２、排出ライン５４、及び複数の相互接続ライン、流体シール、及びコントロール（図示せず）をさらに備えている。逆流熱交換器３２は制限された限度まで高圧ガスを冷却する。主な目的は、流入する高圧ガスよりも冷たい、流出ライン６２を介してリザーバー３０から戻るガスと熱交換することであり、そのため、戻るガスは排出ライン５４から出る前に室温近くまで温められる。
【００２４】
タンク４０は、一般的に１０００ないし１０，０００ｐｓｉの範囲の圧力の清浄で乾いた内部のガスと共に、通常室温に保持される、好ましくは、高圧ガスタンク４０は、軽量で、金属製の内部ライナーを有するフィラメント巻きのものである。リザーバー３０の外壁、もまた、断熱材３８を有していてもよい。フィルバルブ２２は、タンク４０を高圧ガスで満たすために備えられる。該高圧ガスは、純粋なガス、あるいは所望の冷却温度に関して選択されたガスの混合物でもよい。好ましい純粋なガスの例は、窒素及びアルゴンを含む。一方、好ましいガス混合物は、窒素、エタン及びプロパンの混合物であり、より好ましくは、窒素又はアルゴン単体よりも高い沸点を有する、主に８３％窒素、１０％エタン及び７％プロパンからなる組成である。好ましくは、少量のハロンＴＭ（ＣＢｒＦ３）が、混合物を不燃性にするために添加されてもよい。さらには、ペンタンがガス組成物に含まれてもよい、何故なら、これもまた液体窒素よりも高い沸点を有するからである。
【００２５】
多くの応用でレーザー放射イベントは５ないし１０秒の長さが要求され、このようなレーザー放射イベントは、高圧ガスタンク４０に貯められたガスの量に基づいて、１０〜２０回かそれ以上繰り返される。遮断バルブ４２は、電気的、パイロ技術的、又は他の手段によって動作させられる。
【００２６】
レーザー利得アセンブリ１１は、それぞれリザーバー３０の内部と熱的に良好につながる、利得媒体８６及び一又は複数のレーザーポンプダイオード７０をさらに備えている。利得媒体８６は、ポンプダイオード７０からのポンプ放射８８及び入力レーザービーム７２を受けるのに適している。利得媒体８６は、さらに増幅されたレーザービーム７４を送るのに適している。レーザー利得媒体８６は任意の形状に成形されてよいが、好ましい形状は、ロッド、ディスク、及びスラブを含んでいる。レーザー利得媒体８６は、単結晶イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、多結晶ＹＡＧ、イットリウム・リチウム・フルオライド（ＹＬＦ）、及びガリウム・ガドリニウム・ガーネット（ＧＧＧ）といった、いかなる適したレーザー材料からなってもよい。それぞれの場合において、レーザー利得媒体は、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｔｍ、及びＥｒといった、適したレーザー放射イオンが添加されてもよい。一方、該レーザー利得アセンブリは他のレーザー利得システムを備えていてもよい。
【００２７】
レーザー放射に先立ち、遮断バルブ４２は開放され、タンク４０からの高圧ガスが遮断バルブ４２を通じて、粒子及び湿気が流れから除去されるフィルター及びドライヤー３４内に供給される。タンク４０内のガスは清浄かつ乾燥されているべきであるが、例えば、一般的な備考フィルターを用いることにより、最終的な粒子の除去は実行されてもよく、また、例えば、乾燥剤の助けにより、残りの湿気は除去されてもよい。湿気及び粒子のない高圧ガスがチェックバルブ２４及びライン２６を通じて逆流熱交換器３２へ供給される。ガスが逆流熱交換器３２を通じて通過するにつれて、とても僅かな圧力の低下を経るが、次第に冷却される。
【００２８】
逆流熱交換器３２からの冷たい高圧ガスはジュール−トムソン拡張バルブ２８へ供給され、少なくともガスの一部を液化する等エンタルピー拡張を経る。当業者にはよく知られるように、ジュール−トムソンバルブは通常多孔性プラグかこう摩擦条件でガスを排出する毛細管である。液体（凝縮液）３６の最終混合物及び冷たいガス４８がリザーバー３０内に供給される。冷たいガス流出ライン６２を通じて逆流熱交換器３２へ供給される間、凝縮液３６はリザーバー３０の下部に集められる。
【００２９】
逆流熱交換器３２の通過で、ガスは室温近くまで徐々に温まり、排出ライン５４を通じて大気中か開放空間へ排出される。これは、外的環境に対するガスの差分の熱的痕跡を低減させるという、排出されたガスを室温に近づけることの付加的な効果を有する。
【００３０】
凝縮液３６はリザーバー３０内に集められる。利得媒体８６及びポンプダイオード７０は、凝縮液３６と熱的に良好に接して冷却される。特に、利得媒体８６及びダイオード７０からの熱は凝縮液３６の一部を蒸発させる。凝縮液３６の蒸発によって発生したガスは流出ライン６２を通じてリザーバー３０から除去される。ジュール−トムソンバルブ２８を通じて通過する、ガス４８の留分（一般的には８〜２０％）のみが液化することに注意されるべきである。
【００３１】
図２は、熱管理アセンブリ１２は、ポンプ７８を有する流体冷却ループ、リザーバー３０と熱的に良好につながる熱交換器９８、及び利得媒体８６と熱的に良好につながる熱交換器９９及び／又は一又は複数のポンプダイオード７０をさらに備えている、第２の実施形態を示している。運転の間、ポンプ７８は、液体をループ周りに押し出し、利得媒体８６及びレーザーポンプダイオード７０からの熱をリザーバー３０へ移送し、及び冷却された液体を利得媒体８６及びレーザーポンプダイオード７０へ戻す。冷却ループ内に用いられる該液体は、好ましくは液状のままでいるものが選択される。これは、それぞれ液体混合物、ポンプ７８の循環率、及び、好ましくは液体の沸点よりも低い、レーザー利得媒体８６の運転温度に依存する。
【００３２】
ジュール−トムソン低温冷却器のための高効率ミニチュア熱交換器を製造する助力となる、フォトリソグラフィー加工の手段により、低い熱質量及び高い処理能力の高効率熱交換器９８及び９９の製造が可能となっている。これらの低い熱質量のため、このような装置は早い冷却性能を有する（数秒の範囲で）。
【００３３】
一方、ＴＭＳの改良型は、複数の上記ミニチュア熱交換器及び一つの高圧ガスタンク４０から供給されて一つのリザーバー３０に接続されるジュール−トムソンバルブを使用する。このアプローチは、単一の大容量熱交換器及びジュール−トムソンバルブシステムに勝る重要な利点を提示する。
【００３４】
次の例は、実施形態の家の一つの技術的手助けを説明する。
【００３５】
例：ＨＡＰ−ＳＳＬレーザーのためのジュール−トムソン冷却器
５秒（５００ｋＪ）ショットを発射する１００ｋＷのＨＡＰ−ＳＳＬには、ショット毎に約１，５００ｋＪの熱除去が要求される。約１５０ｋＪ／ｋｇの平均冷却効果を想定すると、主な回の示唆に従うと、適切なＴＭＳは、窒素−エタン−ペンタンガス混合物を１，０００気圧で貯蔵するために４リットルタンクを使用する。このようなタンクは直径約８インチ、総重量約７ｋｇ（ウェット）である。一ショットのための該冷却器システムの総湿重量（遮断バルブ、熱交換器及びＪ−Ｔバルブを含む）は約８ｋｇである。２０の５秒ショットを発射する性能のＨＡＰ−ＳＳＬのためのＴＭＳはたった１６０ｋｇであり、現在の構成のＴＭＳよりも相当に少ない。
【００３６】
ジュール−トムソン低温冷却器における革新は、フォトリソグラフィーによって加工された高効率熱交換器、及び純粋なガスではなくガスの混合物の利用を含んでいる。さらには、フォトリソグラフィーによって製造された熱交換器は、小さなサイズ、低い熱質量、及び低コストを特徴とする。これらの低い熱質量のおかげで、これらの熱交換器は、数秒で室温から８０度ケルビンまで急冷する性能を示す。
【００３７】
最近の実験は、少量の、エタン、ペンタン、プロパンといった高沸点ガスを窒素又はアルゴンに混ぜることで、ジュール−トムソン冷却効果が２ないし１０倍に増加することを示し、少量のハロンＴＭ（ＣＢｒＦ３）の添加が混合物を不燃性にすることを示している。
【００３８】
主な開示における冷却剤の貯蔵に求められるような軽量、高圧タンクは数々の工業及び航空宇宙用途のために開発されてきた。この手の一般的なタンクは、外面にファイバーグラス繊維がまかれて強化された薄い内部金属シェルを有する。このようなタンクは工業的に利用可能であり、また空挺及び宇宙応用での軍事用途に適する。チャージされた高圧タンクの予想耐用期間は１０年以上である。
【００３９】
半導体レーザー（ＳＳＬ）は、１９６０年代初頭より軍事及び工業用途に用いられてきた。半導体レーザーダイオードによる半導体レーザーのポンピングは成熟した技術である。半導体レーザーダイオードは容易に工業的に利用できる。
【００４０】
上記の実施形態は、本開示を説明するが限定はしない。本開示の原理に従い、数々の変更が可能であることもまた理解されるべきである。従って、本開示の範囲は以下の請求の範囲のみによって定義される。
また、本発明は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
高圧ガスを受け取り、該ガスを冷却するのに適した開放サイクルジュール−トムソン冷却装置と、
ジュール−トムソン冷却装置と流動的につながる、ジュール−トムソン冷却装置からの濃縮ガスの少なくとも一部を受け取るのに適した、リザーバー（３０）と、
熱管理アセンブリ（１２）と熱的に良好につながるレーザー利得アセンブリ（１１）と、を備え、
リザーバー（３０）が、該レーザー利得アセンブリ（１１）と熱管理アセンブリ（１２）との熱交換の結果として気化したガスを放出するのに適している、
熱管理アセンブリ（１２）を備えるレーザー熱管理システム。
（態様２）
ジュール−トムソン冷却装置と流動的につながる高圧ガスタンク（４０）をさらに備える態様１に記載のシステム。
（態様３）
レーザー利得アセンブリ（１１）がさらにレーザー利得媒体（８６）を備える態様１に記載のシステム。
（態様４）
レーザー利得アセンブリ（１１）がさらに一又は複数のレーザーポンプダイオード（７０）を備える態様３に記載のシステム。
（態様５）
レーザー利得媒体（８６）が熱管理アセンブリ（１２）と熱的に良好につながる態様１に記載のシステム。
（態様６）
一又は複数のポンプダイオード（７０）が熱管理アセンブリ（１２）と熱的に良好につながる態様１に記載のシステム。
（態様７）
リザーバー（３０）と熱的に良好につながるレーザー利得媒体（８６）をさらに備える態様１に記載のシステム。
（態様８）
リザーバー（３０）と熱的に良好につながる一又は複数のポンプダイオード（７０）をさらに備える態様１に記載のシステム。
（態様９）
熱管理アセンブリ（１２）が、
リザーバー（３０）と熱的に良好につながる第１熱交換器（９８）、
第２熱交換器（９９）、及び、
第１熱交換器（９８）及び第２熱交換器（９９）と流動的につながるポンプ（７８）、
をさらに備え、
ポンプ（７８）、第１及び第２熱交換器（９８／９９）が閉じた流動循環ループないでつながる態様１に記載のシステム。
（態様１０）
レーザー利得媒体（８６）が第２熱交換器（９９）と熱的に良好につながる態様９に記載のシステム。
（態様１１）
一又は複数のポンプダイオード（７０）が第２熱交換器（９９）と熱的に良好につながる態様９に記載のシステム。
（態様１２）
高圧ガスタンク（４０）が、少なくとも１、０００ｐｓｉの圧力のガスを含む態様２に記載のシステム。
（態様１３）
高圧ガスタンク（４０）が、窒素、アルゴン、エタン、ペンタン、及びハロンＴＭからなるグループから選択されるガスを含む態様２に記載のシステム。
（態様１４）
前記高圧ガスタンク（４０）が、主に窒素、エタン、及びペンタンからなるガス混合物を含む態様２に記載のシステム。
（態様１５）
レーザー利得媒体（８６）が、Ｎｄ３＋、Ｙｂ３＋、Ｈｏ３＋、Ｔｍ３＋＋、Ｅｒ３＋、及びＴｉ３＋からなるグループから選択されるｌａｓａｎｔｉｏｎｓを含む態様３に記載のシステム。
（態様１６）
レーザー利得媒体（８６）が、ロッド、ディスク、及びスラブからなるグループから選択される形状に成形される態様３に記載のシステム。
（態様１７）
高圧ガスを受け取り、該ガスを冷却し、その一部を濃縮すること、
濃縮ガスの少なくとも一部を熱管理アセンブリ（１２）のリザーバー（３０）へ受け取ること、
レーザー利得アセンブリ（１１）と熱管理アセンブリ（１２）との熱交換の結果として気化したガスをリザーバー（３０）から放出することを含み、
レーザー利得アセンブリ（１１）が熱管理アセンブリ（１２）と熱的に良好につながる、レーザーシステムから熱を除去する方法。
（態様１８）
ガスの冷却及び部分的濃縮の前に、湿気及び粒子を除去するフィルター及びドライヤー（３４）を通じて高圧ガスを供給することをさらに含む態様１７に記載の方法。
（態様１９）
熱管理アセンブリ（１２）のリザーバー（３０）によって、レーザー利得アセンブリ（１１）から生じる熱を交換することをさらに含み、レーザー利得アセンブリ（１１）はリザーバー（３０）と熱的に良好につながる、態様１７に記載の方法。
（態様２０）
熱管理アセンブリ（１２）のリザーバー（３０）と熱的に良好につながる第１熱交換器（９８）内の流体を冷却すること、
閉じたループを介して、ポンプ（７８）によって冷却された流体を第２熱交換器（９９）へ送り込むこと、
第２熱交換器（９９）と熱的に良好につながるレーザー利得アセンブリ（１１）を冷却すること、及び、
閉じたループポンプ（７８）を介して、レーザー利得アセンブリ（１１）との熱的接触によって温められた流体第１熱交換器（９８）へ戻すことをさらに含む態様１７に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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