(57)【要約】【課題】十分な冷却効果を有するレーザ発振冷却装置を提供する。【解決手段】レーザ発振冷却装置１００は、レーザ励起光Ｚ１を発する発光部１と、レーザ励起光Ｚ１を励起してレーザ光Ｚ２を発するとともに、局所的に発熱するレーザ励起部２と、極低温液体Ｌを収容可能な収容タンク３と、収容タンク３の内部を加圧することで極低温液体Ｌをサブクール状態とする加圧部３１と、サブクール状態の極低温液体Ｌをレーザ励起部２に噴射することでこれを除熱する噴射供給部４と、を備える。【選択図】図１
2016072346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ励起光を発する発光部と、
前記レーザ励起光を励起してレーザ光を発するとともに、局所的に発熱するレーザ励起部と、
極低温液体を収容可能な収容タンクと、
前記収容タンクの内部を加圧することで前記極低温液体をサブクール状態とする加圧部と、
サブクール状態の前記極低温液体を前記レーザ励起部に噴射することで該レーザ励起部を除熱する噴射供給部と、
を備えるレーザ発振冷却装置。
【請求項２】
前記加圧部の加圧力を調整することで、前記極低温液体のサブクール度を変化させる圧力調整部を備える請求項１に記載のレーザ発振冷却装置。
【請求項３】
前記噴射供給部から噴射される前記極低温液体の流量を調整することで、前記レーザ励起部における除熱量を変化させる流量調整部を備える請求項１又は２に記載のレーザ発振冷却装置。
【請求項４】
前記発光部に設けられて前記レーザ励起光の出力を計測する出力計測部と、
前記出力計測部が計測した出力値に基づいて前記流量調整部を制御し、前記極低温液体の流量を調整する制御部と、
を備える請求項３に記載のレーザ発振冷却装置。
【請求項５】
前記レーザ励起部の温度を計測する温度計測部と、
前記温度計測部が計測した温度に基づいて前記流量調整部を制御することで前記極低温液体の流量を調整する制御部と、
を備える請求項３に記載のレーザ発振冷却装置。
【請求項６】
前記レーザ励起部の少なくとも一部が、内部が冷温に保たれたクライオスタットの内部に露出するように設けられた請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザ発振冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ発振冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工機のような装置では、半導体励起固体レーザに代表される固体レーザを光源として用いている。すなわち、固体のレーザ媒質を光照射で励起して、レーザ発振をさせることでレーザ光を得ている。
このようにレーザを発振する発振媒体（媒質）では、レーザ出力の増大化に伴ってその温度も上昇することが知られている。また、媒質を冷却するほど、レーザ発振限界が向上することが知られている。したがって、レーザ発振媒体を冷却することが必要とされる。
レーザ発振媒体を冷却するための技術として、例えば特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００３】
特許文献１には、レーザ光発生装置が記載されている。この装置では、レーザ光の発生に伴うレーザ励起装置（ＢＢＯ結晶デバイス）の発熱を取り除くために、断熱容器中に貯留された液体窒素等の寒剤を、ＢＢＯ結晶デバイスに熱的に接続されたコールドフィンガーに供給する構成を採っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２９５７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レーザの発振限界は、媒質であるレーザ励起装置の冷却量におおむね比例することから、上記特許文献１に記載された技術を用いた場合に、ある程度以上のレーザ出力を得ようとすると、液体窒素による冷却能力が不足する可能性がある。特に、特許文献１の技術では、液体窒素の温度が上昇することで膜沸騰を起こしてしまい、冷却能力が十分に得られない可能性がある。冷却が十分でない場合、媒質の温度が上昇し、レーザの発振効率が低下してしまう。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、十分な冷却効果を有するレーザ発振冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明の一の態様によれば、レーザ発振冷却装置は、レーザ励起光を発する発光部と、前記レーザ励起光を励起してレーザ光を発するとともに、局所的に発熱するレーザ励起部と、極低温液体を収容可能な収容タンクと、前記収容タンクの内部を加圧することで前記極低温液体をサブクール状態とする加圧部と、サブクール状態の前記極低温液体を前記レーザ励起部に噴射することでこれを除熱する噴射供給部と、を備える。
【０００８】
上述のような構成によれば、加圧部によって加圧されることで、収容タンクに収容された極低温液体をサブクール状態とすることができる。サブクール状態の極低温液体をレーザ励起部に噴射することによって、レーザ励起部の発熱を効率的に除熱することができる。
【０００９】
本発明の一の態様によれば、レーザ発振冷却装置は、前記加圧部の加圧力を調整することで、前記極低温液体のサブクール度を変化させる圧力調整部を備えていてもよい。
【００１０】
上述のような構成によれば、圧力調整部が加圧部の加圧力を調整することで極低温液体のサブクール度を変化させることで、所望の冷却能力を得ることができる。
【００１１】
本発明の一の態様によれば、レーザ発振冷却装置は、前記噴射供給部から噴射される前記極低温液体の流量を調整することで、前記レーザ励起部における除熱量を変化させる流量調整部を備えていてもよい。
【００１２】
上述のような構成によれば、流量調整部によって極低温液体の流量を調整することができる。これにより、レーザ励起部における除熱量を調整することができる。
【００１３】
本発明の一の態様によれば、前記発光部に設けられて前記レーザ励起光の出力を計測する出力計測部と、前記出力計測部が計測した出力値に基づいて前記流量調整部を制御し、前記極低温液体の流量を調整する制御部と、を備えていてもよい。
【００１４】
上述のような構成によれば、出力計測部が計測したレーザ励起光の出力に基づいて極低温液体の流量を調整することができる。これにより、レーザ励起部における除熱量を自律的、かつ適切に調整することができる。
【００１５】
本発明の一の態様によれば、前記レーザ励起部の温度を計測する温度計測部と、前記温度計測部が計測した温度に基づいて前記流量調整部を制御することで前記極低温液体の流量を調整する制御部と、を備えていてもよい。
【００１６】
上述のような構成によれば、温度計測部が計測したレーザ励起部の温度に基づいて極低温液体の流量を調整することができる。これにより、レーザ励起部における除熱量を自律的、かつ適切に調整することができる。
【００１７】
本発明の一の態様によれば、前記レーザ励起部の少なくとも一部が、内部が冷温に保たれたクライオスタットの内部に露出するように設けられていてもよい。
【００１８】
上述のような構成によれば、レーザ励起部の少なくとも一部を、クライオスタット内部の冷温によって冷却することができる。これにより、レーザ励起部における除熱量をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のレーザ発振冷却装置によれば、十分な冷却効果を有するとともに、冷却媒体を適切に回収して再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一実施形態に係るレーザ発振冷却装置を示す概略図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る制御部の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第二実施形態に係るレーザ発振冷却装置を示す概略図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る制御部の構成を示す概略図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第三実施形態に係るレーザ発振冷却装置を示す概略図である。
【図８】本発明の第三実施形態に係る制御部の構成を示す概略図である。
【図９】本発明の第三実施形態に係る制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１０】極低温液体のサブクール度を変えた場合における、流速と限界熱流束との関係を示すグラフである。
【図１１】極低温液体の流量と、レーザ発振限界値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るレーザ発振冷却装置１００は、レーザ励起光Ｚ１を発する発光部１と、入射されたレーザ励起光Ｚ１を励起してレーザ光Ｚ２を発するレーザ励起部２と、レーザ励起部２を冷却するための冷却部１０と、この冷却部１０の動作を制御する制御部６と、を備えている。
【００２２】
（レーザ励起部）
発光部１は、レーザ励起部２に向かってレーザ励起光Ｚ１を照射することが可能な位置に配される。レーザ励起部２は、例えばサファイヤやＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）結晶を有する媒質部２１と、この媒質部２１に対して熱的に接続されたヒートシンク部２２と、を有している。
このレーザ励起部２における媒質部２１に入射されたレーザ励起光Ｚ１の数１０％程度が、レーザ励起媒質によって励起されてレーザ光Ｚ２となる。レーザ光Ｚ２は、外部に取り出されて、例えばレーザ加工等の用に供される。
【００２３】
このレーザ励起部２の媒質部２１によってレーザ光Ｚ２が得られる一方で、レーザ光Ｚ２として取り出された成分を除く成分は、おおむね熱に変換される。この熱により、レーザ励起部２は局所的に発熱する。上述したように媒質部２１にはヒートシンク部２２が熱的に接続されていることから、媒質部２１で生じた発熱は、ただちにヒートシンク部２２に伝達される。
【００２４】
さらに、このレーザ励起部２には、温度計測部５が設けられている。温度計測部５は、レーザ励起部２における媒質部２１の温度を計測して数値化する装置である。温度計測部５としては例えば温度センサ等が用いられる。
【００２５】
このように構成されたレーザ励起部２は、少なくとも一部（ヒートシンク部２２）が、クライオスタットＣの内部に露出するように配置されている。このクライオスタットＣの内部は冷温に保たれている。
【００２６】
（冷却部）
ここで、レーザ励起部２によって励起されるレーザの発振限界（最大出力：Ｗ）は、レーザ励起媒質が低温であるほど、高くなる。したがって、レーザ励起部２を冷却するために、本実施形態に係るレーザ発振冷却装置１００は冷却部１０を備えている。冷却部１０は、極低温液体Ｌを用いてレーザ励起部２を冷却する装置である。冷却部１０は、この極低温液体Ｌを収容可能な収容タンク３と、収容タンク３の内部を加圧する加圧部３１と、収容タンク３中の極低温液体Ｌを取り出してレーザ励起部２に供給する噴射供給部４と、を備えている。
【００２７】
極低温液体Ｌとして、本実施形態では液体窒素を用いた例について説明する。収容タンク３は、液体窒素を液相状態で安定的に収容することが可能な容器である。すなわち、収容タンク３の内部は極低温に保たれている。この収容タンク３の内部の圧力は、加圧部３１によって調整することができる。加圧部３１としては、外部の圧力供給源（不図示）に接続された圧力弁が好適に用いられる。さらに、収容タンク３には、内部の圧力を計測するための圧力計測部５１が設けられている。圧力計測部５１の例としては、圧力値を電気信号として外部に出力することが可能な圧力計や圧力センサ等が挙げられる。
【００２８】
収容タンク３の体積が一定であることから、加圧部３１によって収容タンク３内部の圧力を上げることで、極低温液体Ｌの温度を下げることができる。反対に、収容タンク３内部の圧力を下げることで、極低温液体Ｌの温度を上げることができる。
【００２９】
特に、本実施形態に係る冷却部１０では、加圧部３１によって収容タンク３の内部の圧力を下げ続けることで、収容タンク３内部の極低温液体Ｌをサブクール状態に維持する。例えば、極低温液体Ｌとして液体窒素を使用する場合、大気圧下における液体窒素の飽和温度は−１９６℃であるが、サブクール状態にある場合、飽和温度を−１９６℃よりも低い値で維持することができる。また、加圧部３１によって収容タンク３内部の圧力を調整することにより、サブクール状態にある極低温液体Ｌのサブクール度、すなわち飽和温度との差分をも調整することができる。
【００３０】
噴射供給部４は、レーザ励起部２に対して極低温液体Ｌを噴射するための装置である。噴射供給部４は、極低温液体Ｌを噴射する噴射ノズル４１と、この噴射ノズル４１と収容タンク３とを接続する供給管４２と、供給管４２の中途に設けられた流量調整部４３と、を備えている。
【００３１】
噴射ノズル４１の先端部には、複数の噴射孔が形成されている。供給管４２を介して収容タンク３から噴射ノズル４１に供給された極低温液体Ｌはこの噴射孔を通じて外部に向かってスプレー状に噴射される。噴射ノズル４１から噴射される極低温液体Ｌの流量は、流量調整部４３によって調整することができる。流量調整部４３としては、例えば絞り弁や流量調整弁等のように開度を調整することが可能な弁が好適に用いられる。
【００３２】
（制御部）
制御部６は、レーザ励起部２の温度に応じて極低温液体Ｌのサブクール度を調整し、最適な冷却効果を得るための装置である。制御部６は、外部から電気信号としての各種計測値が入力されるとともに、計測値と対照すべきデータを記憶する入力記憶部６１と、この入力記憶部６１に入力された入力値に基づいて演算を行う演算部６２と、演算部６２の出力する演算値に基づいて外部に指示値を出力する指示部６３と、を有している。
【００３３】
ここで、極低温液体Ｌのサブクール度は、収容タンク３内の圧力を調整することで変化させることができる。例えば、収容タンク３内部の圧力を上げた場合、極低温液体Ｌのサブクール度を上げることができる。一方で、収容タンク３内部の圧力を下げた場合、極低温液体Ｌのサブクール度を下げることができる。
【００３４】
さらに、図１０に示すように、レーザ励起部２を冷却するための極低温液体Ｌのサブクール度が増加するほど、極低温液体Ｌの限界熱流束は上昇する。すなわち、サブクール度が増加するほど、レーザ励起部２におけるレーザ発振限界値は向上する。したがって、ある値のレーザ出力を得ている場合、当該レーザ出力を維持するために必要な最低限のサブクール度（目標サブクール度）が存在する。
本実施形態に係る制御部６では、温度値として計測されたレーザ出力に基づいて、必要とされる目標サブクール度を演算部６２が演算によって求め、この目標サブクール度を目指して指示部６３が加圧部３１に対して指示信号を送り、収容タンク３内部の圧力を調整する。すなわち、この場合、制御部６は加圧部３１による加圧力を調整することで圧力調整部６として動作する。
【００３５】
以下、制御部６のより詳細な構成と動作の一例について、図２と図３を参照して説明する。
入力記憶部６１は、上述のレーザ励起部２に設けられた温度計測部５、及び収容タンク３に設けられた圧力計測部５１とそれぞれ信号線によって接続されている。これにより、入力記憶部６１には、温度計測部５の出力する温度値、及び圧力計測部５１の出力する圧力値が入力される。
【００３６】
さらに、入力記憶部６１には、レーザ励起部２の温度値と、当該温度値の状況下で必要とされる極低温液体Ｌのサブクール度（目標サブクール度）との関係を表す表（テーブルＡ１）が記憶されている。このテーブルＡ１に加えて、入力記憶部６１には、収容タンク３内の圧力と、極低温液体Ｌのサブクール度との関係を表す表（テーブルＡ２）が記憶されている。これらテーブルＡ１、テーブルＡ２は、機器の構成や運用される環境等の条件を考慮して経験則的に決定される。
【００３７】
具体的には図３に示すように、まず入力記憶部６１にレーザ励起部２の温度値Ｔが入力される（ステップＳ１１）。この温度値Ｔをもとに、上述のテーブルＡ１から、目標サブクール度Ｔ１を求める（ステップＳ１２）。続いて、入力記憶部６１に収容タンク３内部の圧力値Ｐが入力される（ステップＳ１３）。次に、上記の目標サブクール度Ｔ１をもとに、上述のテーブルＡ２から、目標圧力値Ｐ１を求める（ステップＳ１４）。
【００３８】
それから、上記のようにして得られた圧力値Ｐと、目標圧力値Ｐ１とが演算部６２に入力される。演算部６２では、これら圧力値Ｐと目標圧力値Ｐ１との差分が、予め定められた目標値以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１５）。
圧力値Ｐが目標圧力値Ｐ１との差分がこの目標値以下であると判定された場合は、極低温液体Ｌのサブクール度が適正な値を維持しているものとみなすことができる。
一方で、圧力値Ｐと目標圧力値Ｐ１との差分が、予め定められた目標値以下ではないと判定された場合は、極低温液体Ｌのサブクール度が適正でないとみなすことができる。すなわち、これを是正する必要が生じる。
【００３９】
圧力値Ｐと目標圧力値Ｐ１との差分を目標値以下にするために、次のステップＳ１６に遷移する。このステップＳ１６では、まず圧力値Ｐと目標圧力値Ｐ１との大小関係を判定する。図３では、圧力値Ｐが目標圧力値Ｐ１よりも小さいか否か（Ｐ＜Ｐ１）を判定する例を示している。
【００４０】
ステップＳ１６で、圧力値Ｐが目標圧力値Ｐ１よりも小さいと判定された場合は、圧力値Ｐを上げるために、加圧部３１に対して指示部６３から指示信号が送られる。具体的には、加圧部３１（圧力弁）の開度を上げる旨と、その開度の上げ幅が指示信号として送られる。
【００４１】
一方で、ステップＳ１６で、圧力値Ｐが目標圧力値Ｐ１よりも大きいと判定された場合は、圧力値Ｐを下げるために、加圧部３１に対して指示部６３から指示信号が送られる。具体的には、加圧部３１（圧力弁）の開度を下げる旨と、その開度の下げ幅が指示信号として送られる。
また、圧力を開放するための圧力開放弁等を収容タンク３に設けた場合は、この圧力開放弁に対して、弁の開度情報を指示信号として送る構成としてもよい。
【００４２】
上述のような構成によれば、加圧部３１によって加圧されることで、収容タンク３に収容された極低温液体Ｌをサブクール状態とすることができる。サブクール状態の極低温液体Ｌをレーザ励起部２に噴射することによって、レーザ励起部２の発熱を効率的に除熱（冷却）することができる。さらに、サブクール状態にある極低温液体は、核沸騰初期の状態にあるため、膜沸騰は起こり得ない。これにより、十分な冷却効果を持続的に得ることができる。
【００４３】
さらに、上述のような構成によれば、制御部６（圧力調整部６）が加圧部３１による加圧力を調整することで極低温液体Ｌのサブクール度を変化させることができる。これにより、レーザ励起部２におけるレーザ光Ｚ２の出力に応じて、レーザ励起部２に対して適切な冷却を施すことができる。
【００４４】
加えて、上述のような構成によれば、レーザ励起部２の少なくとも一部（ヒートシンク部２２）を、冷温に保たれたクライオスタットＣ内部で持続的に冷却することができる。これにより、レーザ励起部２における除熱量をさらに向上させることができる。
【００４５】
〔第二実施形態〕
続いて、本発明の第二実施形態について、図４から図６を参照して説明する。なお、第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図４に示すように、本実施形態に係るレーザ発振冷却装置１００では、極低温液体Ｌが流通する供給管４２上に、極低温液体Ｌの流量を調整する流量調整部４３が設けられている。流量調整部４３としては、外部からの電気信号に基づいて開度を調整することが可能な電磁弁等が好適に用いられる。この流量調整部４３の下流側には、流量計測部４４が設けられている。流量計測部４４は、供給管４２を流通する極低温液体Ｌの流量を計測した上で流量値Ｆとして数値化し、外部に電気信号として出力する。
【００４６】
さらに、本実施形態に係るレーザ励起部２には、第一実施形態と同様に、媒質部２１の温度を計測する温度計測部５が設けられている。
【００４７】
これら流量調整部４３、流量計測部４４、及び温度計測部５は、制御部６に電気的に接続されている（図５）。具体的には、流量調整部４３は制御部６における指示部６３からの信号を受け取るように構成されている。流量計測部４４、及び温度計測部５は、それぞれの計測結果である流量値と温度値とを制御部６における入力記憶部６１に入力する。
【００４８】
ここで、極低温液体Ｌの流量と、レーザ励起部２における除熱量とは、図１１に示すように、おおむね比例関係にある。すなわち、噴射供給部４の噴射ノズル４１から噴射される極低温液体Ｌの流量を増加させるほど、レーザ励起部２における除熱量を向上させることができる。
【００４９】
制御部６の構成と動作の一例について、図５と図６を参照して説明する。
本実施形態に係るレーザ発振冷却装置１００では、温度計測部５によって計測されたレーザ励起部２の温度値Ｔに基づいて、極低温液体Ｌの適正な目標流量値Ｆ１を制御部６が算出した後、この目標流量値Ｆ１に対応する指示信号を、流量調整部４３に送出する。
【００５０】
入力記憶部６１は、上述のレーザ励起部２に設けられた温度計測部５、及び供給管４２上に設けられた流量計測部４４とそれぞれ信号線によって接続されている。これにより、入力記憶部６１には、温度計測部５の出力する温度値、及び流量計測部４４の出力する流量値が入力される。
【００５１】
さらに、入力記憶部６１には、レーザ励起部２の温度値と、当該温度値の状況下で必要とされる極低温液体Ｌの流量との関係を表す表（テーブルＡ３）が記憶されている。このテーブルＡ３に加えて、入力記憶部６１には、供給管４２上の流量値と、流量調整部４３（流量調整弁）の開度との関係を表す表（テーブルＡ４）が記憶されている。これらテーブルＡ３、テーブルＡ４は、機器の構成や運用される環境等の条件を考慮して経験則的に決定される。
【００５２】
具体的には図６に示すように、まず入力記憶部６１にレーザ励起部２の温度値Ｔが入力される（ステップＳ２１）。この温度値Ｔをもとに、上述のテーブルＡ３から、目標流量値Ｆ１を求める（ステップＳ２２）。続いて、流量計測部４４から入力記憶部６１に極低温液体Ｌの流量値Ｆが入力される（ステップＳ２３）。
【００５３】
次に、上記のようにして得られた流量値Ｆと、目標流量値Ｆ１とが演算部６２に入力される。演算部６２では、これら流量値Ｆと目標流量値Ｆ１との差分が、予め定められた目標値以下であるかどうかを判定する（ステップＳ２４）。
流量値Ｆが目標流量値Ｆ１との差分がこの目標値以下であると判定された場合は、極低温液体Ｌの流量が適正な値を維持しているものとみなすことができる。
一方で、流量値Ｆと目標流量値Ｆ１との差分が、予め定められた目標値以下ではないと判定された場合は、極低温液体Ｌの流量が適正でないとみなすことができる。すなわち、これを是正する必要が生じる。
【００５４】
流量値Ｆと目標流量値Ｆ１との差分を目標値以下にするために、次のステップＳ２５に遷移する。このステップＳ２５では、まず流量値Ｆと目標流量値Ｆ１との大小関係を判定する。図６では、流量値Ｆが目標流量値Ｆ１よりも小さいか否か（Ｐ＜Ｐ１）を判定する例を示している。
【００５５】
ステップＳ２５で、流量値Ｆが目標流量値Ｆ１よりも小さいと判定された場合は、流量値Ｆを上げるために、流量調整部４３に対して指示部６３から指示信号が送られる。具体的には、流量調整部４３（流量調整弁）の開度を上げる旨と、その開度の上げ幅が指示信号として送られる。
【００５６】
一方で、ステップＳ２５で、流量値Ｆが目標流量値Ｆ１よりも大きいと判定された場合は、流量値Ｆを下げるために、流量調整部４３に対して指示部６３から指示信号が送られる。具体的には、流量調整部４３（流量調整弁）の開度を下げる旨と、その開度の下げ幅が指示信号として送られる。
【００５７】
上述のような構成によれば、温度計測部５が測定したレーザ励起部２の温度に基づいて極低温液体Ｌの流量を調整することができる。これにより、レーザ励起部２における除熱量を自律的、かつ適切に調整することができる。
【００５８】
〔第三実施形態〕
続いて、本発明の第三実施形態について、図７から図９を参照して説明する。
図７に示すように、本実施形態に係るレーザ発振冷却装置１００では、上述の第二実施形態と同様に、極低温液体Ｌが流通する供給管４２上に、極低温液体Ｌの流量を調整する流量調整部４３が設けられている。流量調整部４３としては、外部からの電気信号に基づいて開度を調整することが可能な電磁弁等が好適に用いられる。この流量調整部４３の下流側には、流量計測部４４が設けられている。流量計測部４４は、供給管４２を流通する極低温液体Ｌの流量を計測した上で流量値として数値化し、外部に電気信号として出力する。
【００５９】
さらに、本実施形態に係るレーザ励起部２には、発光部１の出力値を計測する出力計測部７が設けられている。
【００６０】
これら流量調整部４３、流量計測部４４、及び出力計測部７は、制御部６に電気的に接続されている（図８）。具体的には、流量調整部４３は制御部６における指示部６３からの信号を受け取るように構成されている。流量計測部４４、及び出力計測部７は、それぞれの計測結果である流量値と出力値とを制御部６における入力記憶部６１に入力する。
【００６１】
制御部６の構成と動作の一例について、図８と図９を参照して説明する。
本実施形態に係るレーザ発振冷却装置１００では、出力計測部７によって計測された発光部１の出力値Ｐに基づいて、極低温液体Ｌの適正な目標流量値Ｆ１を制御部６が算出した後、この目標流量値Ｆ１に対応する指示信号を、流量調整部４３に送出する。
【００６２】
入力記憶部６１は、上述のレーザ励起部２に設けられた出力計測部７、及び供給管４２上に設けられた流量計測部４４とそれぞれ信号線によって接続されている。これにより、入力記憶部６１には、出力計測部７の出力する出力値、及び流量計測部４４の出力する流量値が入力される。
【００６３】
さらに、入力記憶部６１には、発光部１の出力値と、当該出力値の状況下で必要とされる極低温液体Ｌの流量との関係を表す表（テーブルＡ５）が記憶されている。このテーブルＡ５に加えて、入力記憶部６１には、供給管４２上の流量値と、流量調整部４３（流量調整弁）の開度との関係を表す上述の表（テーブルＡ６）が記憶されている。これらテーブルＡ５、テーブルＡ６は、機器の構成や運用される環境等の条件を考慮して経験則的に決定される。
【００６４】
具体的には図９に示すように、まず入力記憶部６１に発光部１の出力値Ｐが入力される（ステップＳ３１）。この出力値Ｐをもとに、上述のテーブルＡ５から、目標流量値Ｆ１を求める（ステップＳ３２）。続いて、流量計測部４４から入力記憶部６１に極低温液体Ｌの流量値Ｆが入力される（ステップＳ３３）。
【００６５】
次に、上記のようにして得られた流量値Ｆと、目標流量値Ｆ１とが演算部６２に入力される。演算部６２では、これら流量値Ｆと目標流量値Ｆ１との差分が、予め定められた目標値以下であるかどうかを判定する（ステップＳ３４）。
流量値Ｆが目標流量値Ｆ１との差分がこの目標値以下であると判定された場合は、極低温液体Ｌの流量が適正な値を維持しているものとみなすことができる。
一方で、流量値Ｆと目標流量値Ｆ１との差分が、予め定められた目標値以下ではないと判定された場合は、極低温液体Ｌの流量が適正でないとみなすことができる。すなわち、これを是正する必要が生じる。
【００６６】
流量値Ｆと目標流量値Ｆ１との差分を目標値以下にするために、次のステップＳ３５に遷移する。このステップＳ３５では、まず流量値Ｆと目標流量値Ｆ１との大小関係を判定する。図９では、流量値Ｆが目標流量値Ｆ１よりも小さいか否か（Ｐ＜Ｐ１）を判定する例を示している。
【００６７】
ステップＳ３５で、流量値Ｆが目標流量値Ｆ１よりも小さいと判定された場合は、流量値Ｆを上げるために、流量調整部４３に対して指示部６３から指示信号が送られる。具体的には、流量調整部４３（流量調整弁）の開度を上げる旨と、その開度の上げ幅が指示信号として送られる（ステップＳ３６）。
【００６８】
一方で、ステップＳ３５で、流量値Ｆが目標流量値Ｆ１よりも大きいと判定された場合は、流量値Ｆを下げるために、流量調整部４３に対して指示部６３から指示信号が送られる。具体的には、流量調整部４３（流量調整弁）の開度を下げる旨と、その開度の下げ幅が指示信号として送られる（ステップＳ３７）。
【００６９】
上述のような構成によれば、温度計測部５が測定した発光部１からのレーザ励起光Ｚ１出力に基づいて極低温液体Ｌの流量を調整することができる。これにより、レーザ励起部２における除熱量を自律的、かつ適切に調整することができる。
【００７０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００７１】
例えば、上述の各実施形態では、極低温液体として液体窒素を用いた例を説明した。しかしながら、極低温液体の態様はこれに限定されず、例えば液体ネオンや液体ヘリウム等、液相状態で不活性を呈する化学種であればいずれも好適に用いることができる。
【００７２】
さらに、レーザ励起部における媒質部として、ＹＡＧ結晶を適用した例を説明した。しかしながら、レーザ励起部の態様はこれに限定されず、レーザ光を発振可能で、かつ積極的な冷却が必要とされる媒質であれば、いずれの媒質でも適用可能である。
【００７３】
加えて、上述の各実施形態では、レーザ励起部２における除熱量を調整することを目的として、極低温液体Ｌのサブクール度、又は流量を制御部６によって変化させる構成とした。しかしながら、レーザ励起部２における除熱量の制御の態様はこれに限定されない。例えば、噴射供給部４における噴射ノズル４１の、ヒートシンク部２２に対する角度、すなわち、極低温液体Ｌが噴射される角度を変えることによっても、除熱量を任意に制御することが可能である。このような構成を採る場合、噴射ノズル４１の角度を自在に変化させるためのアクチュエータを設けるとともに、噴射ノズル４１の角度と除熱量との関係をプロットしたテーブルを制御部６（入力記憶部６１）に記憶しておくことで、上述の各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１００…レーザ発振冷却装置  １…発光部  ２…レーザ励起部  ２１…媒質部  ２２…ヒートシンク部  ３…収容タンク  ３１…加圧部  １０…冷却部  ４…噴射供給部  ４１…噴射ノズル  ４２…供給管  ４３…流量調整部  ４４…流量計測部  ５…温度計測部  ５１…圧力計測部  ６…制御部  ６１…入力記憶部  ６２…演算部  ６３…指示部  ７…出力計測部  Ｃ…クライオスタット  Ｌ…極低温液体  Ｚ１…レーザ励起光  Ｚ２…レーザ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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