(57)【要約】固体レーザ装置において、レーザダイオード４０とこのレーザダイオード４０によって励起されるレーザ媒質６とを格納するキャビティ１７と、このキャビティ１７と連通し内部に乾燥剤７１を収納する収納部７０とを備え、キャビティ１７と収納部７０とを連通する開口部７３に透湿性を有する膜７２を設けたものである。
2002045218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードとこのレーザダイオードによって励起されるレーザ媒質とを格納する筐体と、この筐体内部の水分を除去する水分除去手段とを備えたことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
レーザダイオードとこのレーザダイオードによって励起されるレーザ媒質とを格納する筐体と、この筐体と連通し内部に乾燥剤を収納する収納部とを有し、前記筐体と前記収納部との連通部に透湿性を有する膜を設けたことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項３】
請求の範囲２において、乾燥剤はシリカゲルであり、透湿性の袋入りであることを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項４】
請求の範囲２または３において、収納部は、乾燥気体供給手段と連通していることを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項５】
請求の範囲２乃至４のいずれかにおいて、収納部は、開閉自在の蓋を有するとともに、この蓋は透明な材質で構成されていることを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項６】
請求の範囲２乃至５のいずれかにおいて、透湿性の膜は、多孔質体のフィルム或いはこのフィルムと補強材とのラミネート材であることを特徴とする固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、レーザダイオード及びレーザ媒質を格納する筐体の内部の結露を防止することができる固体レーザ装置に関するものである。
背景技術
従来の固体レーザ装置について、第５図〜第７図を用いて説明する。
第５図は、従来の固体レーザ装置と、その固体レーザ装置から出射したレーザビームの光路を示す概略構成図である。
図において１は発振器ヘッド、２は共振器、３は部分反射鏡、４は全反射鏡、５は励起光源であるＬＤモジュール、６は励起媒体であるレーザ媒質、７はＬＤモジュール５とレーザ媒質６とを格納する筐体（以下適宜、「キャビティ」と記す）、８は共振器２から出射したレーザビーム、９は拡大レンズ、１０はコリメートレンズ、１１はビームシャッタ、２０は集光レンズ、２１はファイバーホルダ、２２は集光レンズ２０及びファイバーホルダ２１からなる光ファイバー入射部、２３は光ファイバー、２４は加工ヘッド部である。
次にレーザ発振の動作について説明する。第５図の共振器２の内部においてＬＤモジュール５からの励起光によりレーザ媒質６が励起され、レーザ媒質６を挟むように設けられた部分反射鏡３と全反射鏡４とによりレーザ発振する。共振器２から出射したレーザビーム８は拡大レンズ９を通過することにより広げられ、コリメートレンズ１０及びビームシャッタ１１を通過することにより平行ビームとなり、平行化されたレーザビーム８は光ファイバー入射部２２にはいる。
光ファイバー入射部２２に入射した平行化されたレーザビーム８は光ファイバー入射部２２の集光レンズ２０により集光され、ファイバーホルダ２１により保持された光ファイバー２３の一端面に入射し光ファイバー２３内を伝搬する。
光ファイバー２３内を通過したレーザビーム８は加工ヘッド２４に接続された光ファイバー２３の他端面から出射され、加工等に利用される。
第６図にキャビティ７の概略構成図を、第７図にＬＤモジュール５の概略構成図を示す。第６図において、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図を示し、３３は反射体で作られた集光器、３４は集光器３３に設けられた隙間、３５は配管、３６は配管用継ぎ手で、冷却水供給装置（図示せず）からの冷却水がＬＤモジュール５とレーザ媒質６とを冷却するようになっている。
４０は励起光を発生するレーザダイオード（以下適宜、「ＬＤ」と記す）、４１はＬＤ４０を冷却しつつ保持するヒートシンクである。ヒートシンク４１内部には配管３５から冷却水が流れるような構造になっており、ヒートシンク４１には配管用継ぎ手３６と配線４３ａとが接続される。４２は電極であり、レーザダイオード用電源（図示せず）から電力を供給するための配線４３ｂが接続されている。
ＬＤモジュール５を冷却する水温の変化によりＬＤ４０の特性、特にＹＡＧ励起に重要な波長が変化するので、冷却水は一定温度になるよう調節されている。ＬＤ４０は水温の低い程発振効率が良いが、高温の時期における冷却系の結露との兼ね合いから２０℃から２５℃の間に設定されることが多い。
次にＬＤモジュール５の動作について説明する。レーザダイオード用電源から電極４２を介してＬＤ４０に電力を供給する。電力が供給されると、ＬＤ４０は発光するとともに発熱する。発生した熱はヒートシンク４１へ伝わり、ヒートシンク４１内を流れる冷却水により冷却される。
発生したＬＤ光は、第６図に示す集光器３３の隙間３４を通って集光器３３の円筒状内部に入り、フローチューブ（図示せず）を通過してレーザ媒質６に吸収され、レーザ媒質６を励起する。励起されたレーザ媒質６によりレーザビームが発振される。
レーザ媒質６はＬＤ光を吸収するとレーザ発振するとともに、熱も発生するため、フローチューブとレーザ媒質６の間を流れる冷却水で冷却される。
一方、キャビティ７の内部はＬＤ４０に塵埃等が付着しないように、塵埃の侵入がない程度の半密閉構造になっているが、雰囲気中にある水分がキャビティ７内部に入り込むことは不可避である。また、固体レーザ装置の場合、ガスレーザ装置における筐体と異なり、キャビティ７を略真空状態にして密閉することは、必ずしも必要でなく、コスト等との兼ね合いにより、通常は行われない。このため、キャビティ７の組立後も周囲雰囲気中の水分量が多いと徐々にキャビティ７内部に水分が侵入してくる。また、キャビティ７内部の冷却水の配管部分で若干の冷却水の滲みだし等が発生するとキャビティ７内の水分量はさらに上昇することになる。
ところで、キャビティ７内の空気温度が変化すると、絶対湿度がほぼ一定なため、相対湿度は変化する。温度が下がると相対湿度は上昇する。したがって、高温時の装置の立ち上げ時や、低温時の装置の停止時に、ヒートシンク４１やサブマウント（図示せず）といったＬＤ４０回りの部品及びＬＤ４０自身が結露することがある。
ＬＤ４０自身に結露が発生すると、ＬＤ４０の発光部に汚れが付き易くなる。結果的に発光部に汚れによるくもりやシミが発生し、ＬＤ４０の出力の低下・不安定化を招くことになる。また、ヒートシンク４１やサブマウントの結露はヒートシンク４１やサブマウントの腐食を発生させる原因となる。長期的には腐食生成物がＬＤ４０の発光部を覆って出力低下を招いたり、腐食生成物が成長した場合には、両極を短絡させてＬＤ４０が発光しなくなることもあり得る。このようにＬＤ４０の出力が低下すると、結果的に、共振器２からのレーザ出力も低下する。
従来の固体レーザ装置においては、以上に述べたように、キャビティ７内部の結露がＬＤ４０の出力低下・不安定化、ひいては発振されるレーザビームの出力低下・不安定化を招くことになるため、ＬＤ４０をはじめとする、キャビティ７内部の結露を防止しなければならないといった課題があった。
発明の開示
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、レーザダイオードとレーザ媒質とを格納する筐体（キャビティ）の内部の結露を防止することができる固体レーザ装置を得るものである。
第１の発明に係る固体レーザ装置は、レーザダイオードとこのレーザダイオードによって励起されるレーザ媒質とを格納する筐体と、この筐体内部の水分を除去する水分除去手段とを備えたものである。
第２の発明に係る固体レーザ装置は、レーザダイオードとこのレーザダイオードによって励起されるレーザ媒質とを格納する筐体と、この筐体と連通し内部に乾燥剤を収納する収納部とを備え、前記筐体と前記収納部との連通部に透湿性を有する膜を設けたものである。
第３の発明に係る固体レーザ装置は、乾燥剤としてシリカゲルを用い、このシリカゲルを透湿性の袋入りとしたものである。
第４の発明に係る固体レーザ装置は、収納部が、乾燥気体供給手段と連通する構成としたものである。
第５の発明に係る固体レーザ装置は、収納部に、開閉自在の蓋を有するとともに、この蓋を透明な材質で構成したものである。
第６の発明に係る固体レーザ装置は、透湿性の膜として、多孔質体のフィルム或いはこのフィルムと補強材とのラミネート材で構成したものである。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態１．
以下、この発明の第１実施形態に係る固体レーザ装置の構成並びに動作について説明する。
第１図はこの発明の第１実施形態による固体レーザ装置のキャビティの構成図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
第１図において、従来の装置と異なるのは、ＬＤ４０の納められたキャビティ１７に連通部である開口部７３でつながった収納部７０が設けられていること、乾燥剤７１が収納部７０に入れられていること、収納部７０とキャビティ１７との間の開口部７３に防塵，透湿性の膜７２が張られていること、収納部７０には乾燥剤７１の交換のための蓋７４が備わっていることである。なお、その他の部分は従来の装置とほぼ同様であるため、詳細な説明を省略する。
次に動作について説明する。第１図に示したキャビティ１７において、収納部７０に入れられたシリカゲル等の乾燥剤７１は収納部７０内部の水分を吸着し、収納部７０内部の湿度を下げる。そして、収納部７０内部とキャビティ１７内部との湿度に差が生じると、透湿性の膜７２を通過して水分が収納部７０内部へ移動し、キャビティ１７内部の湿度を低下させ、キャビティ１７内部の結露を防止する。
なお、乾燥剤７１からは摩擦により乾燥剤７１自身の粒子が発生する。発生した粒子がキャビティ１７内部へ侵入すると、ＬＤ４０の表面を汚す汚染源となってしまう。しかし、収納部７０とキャビティ１７との間に透湿性と防塵性とを備えた膜７２が設けられており、収納部７０内部で発生した粒子がキャビティ１７内部へ侵入することは無い。
また、乾燥剤７１は定期的に交換することが必要であり、その際に蓋７４を開けて収納部７０を開放する必要がある。その際に大気中の塵埃が収納部７０内部へ侵入する可能性があるが、これら大気中の塵埃も膜７２で遮ることにより、キャビティ１７内部へは侵入しない。
以上に述べたような構成によれば、粉塵による汚染が無く、ＬＤ４０の納められたキャビティ１７内部の湿度を下げることが可能で、ＬＤ４０の結露を防止でき、レーザ出力の低下やＬＤ４０の故障の無い、信頼性の高い固体レーザ装置を提供できる。
第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）に、この発明の固体レーザ装置に用いられる透湿性の膜７２を示す。
第２図（ａ）において、透湿性の膜７２は、例えばフッ素系樹脂を用いたものとして、商品名ゴアテクス，ミクロテックス，ポアフロン等の多孔質体のフィルム７２ａでできている。これらのフィルム７２ａはサブミクロンオーダの通気孔を有しており、水蒸気は通過するが、液体の水や固体粒子に対し高い濾過性を有する。したがって、高い透湿性を確保しながら、収納部７０内部からキャビティ１７内部への汚染物質の侵入を防ぐことができる。
上述のフィルム７２ａは柔らかく、また透湿性を保つために膜厚は薄く、通常０．５ｍｍ以下の厚さであり強度的に弱い。したがって、フィルム７２ａ単体では強度的に不安があり、乾燥剤交換時に工具で押してしまうなど、誤って力を加えると破れる可能性がある。そこで、第２図（ｂ）に示すように、膜７２として、強度の高い不織布や織布７２ｂによってフィルム７２ａをラミネートすることにより、膜７２全体としての強度を確保することができ、さらに信頼性の高いものが得られる。また、第２図（ｃ）に示すように、強度の高い不織布や織布７２ｂにポリウレタン等の透湿性コーティング７２ｃを施した構成のものも同じような効果がある。なお、第２図（ｂ）においては強度の高い不織布や織布７２ｂはフィルム７２の両側にラミネートしたものを示したが、片側のみでも良い。またラミネートまたはコーティングを多層に施しても良いことはいうまでもない。
実施の形態２．
第３図はこの発明の第２実施形態による固体レーザ装置のキャビティの構成図である。第３図において、乾燥剤７１はシリカゲルであり、上述の第１実施形態のものと異なり、袋７５に封入されている。袋７５は透湿性の有る材質で作られており、或る程度の防塵性も有するため、不用意にシリカゲル粒子をまき散らすことなく、乾燥剤７１の交換時等の取り扱いが簡単である。
実施の形態３．
第４図はこの発明の第３実施形態による固体レーザ装置のキャビティ１７の構成図である。第４図において、収納部７０には、乾燥気体供給手段７６から給気配管７９ａを通じて供給される窒素ガス等の乾燥気体を受け入れるための給気口７７と、収納部７０から排出される水分を含んだ気体を排気配管７９ｂへ送り出すための排気口７８とが設けられている。排気配管７９ｂには逆流防止弁８０が設けられている。
シリカゲル等の乾燥剤７１は周囲の湿度が高い場合には吸湿するが、周囲環境の湿度が低いと吸湿した水分を放出する性質がある。乾燥窒素ガスや乾燥空気等を給気口７７から供給することにより収納部７０内部の湿度は非常に低くなり、乾燥剤７１は吸湿した水分を放出する。放出された水分は気体と共に排気口７８から逆流防止弁８０を通って収納部７０の外に放出される。
この構成によれば、乾燥剤７１が水分を吸収して交換必要になった場合または交換必要になる前に、乾燥気体を流通させることにより乾燥剤７１の再生が可能で、乾燥剤７１の交換作業の回数を減らすことが可能である。
また、上述の各実施形態のものにおいて、収納部７０の蓋７４を透明な材質で造り、乾燥剤７１の様子を収納部７０の外部から確認できるようにしても良い。
シリカゲル等の乾燥剤７１は、水分を吸着するに従い変色し、その変色の程度によってその寿命（水分をそれ以上吸着できなくなった状態）を確認できるものがある。収納部７０の蓋７４を透明な材質とすることにより、このような乾燥剤７１の色を、蓋７４を開けずにキャビティ１７の外部から観察することにより、交換時期を判断することができる。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明に係る固体レーザ装置は、レーザダイオード及びレーザ媒質を格納する筐体の内部の結露を防止することができ、信頼性の高い固体レーザ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の第１実施形態による固体レーザ装置のキャビティの概略構成図である。
第２図は、この発明の第１実施形態による固体レーザ装置に用いられる透湿性の膜を示す図である。
第３図は、この発明の第２実施形態による固体レーザ装置のキャビティの概略構成図である。
第４図は、この発明の第３実施形態による固体レーザ装置のキャビティの概略構成図である。
第５図は、従来の固体レーザ装置及びそのレーザビーム光路を示す概略構成図である。
第６図は、従来の固体レーザ装置のキャビティの概略構成図である。
第７図は、固体レーザ発振器のＬＤモジュールを示す概略構成図である。
【図１】
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【図２】
2002045218.tif 000004
【図３】
2002045218.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2002045218.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成14年4月24日(2002.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードとこのレーザダイオードによって励起されるレーザ媒質とを格納する筐体、この筐体に格納された前記レーザ媒質を挟むように設けられた部分反射鏡及び全反射鏡、から構成される共振器を用いてレーザビームを出射する固体レーザ装置において、
前記筐体と連通し内部に乾燥材を収納する収納部とを有し、前記筐体と前記収納部との連通部に透湿性を有する多孔質体のフィルムで構成される膜を設けたことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
請求の範囲１において、透湿性の膜は、この多孔質体のフィルムと補強材とのラミネート材であることを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項３】
請求の範囲２において、乾燥剤はシリカゲルであり、透湿性の袋入りであることを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項４】
請求の範囲２または３において、収納部は、乾燥気体供給手段と連通していることを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項５】
請求の範囲２乃至４のいずれかにおいて、収納部は、開閉自在の蓋を有するとともに、この蓋は透明な材質で構成されていることを特徴とする固体レーザ装置。
【国際調査報告】
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