JP2003110186A - Semiconductor laser module and semiconductor laser excitation solid-state laser device - Google Patents

Semiconductor laser module and semiconductor laser excitation solid-state laser device

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JP2003110186A
JP2003110186A JP2001338765A JP2001338765A JP2003110186A JP 2003110186 A JP2003110186 A JP 2003110186A JP 2001338765 A JP2001338765 A JP 2001338765A JP 2001338765 A JP2001338765 A JP 2001338765A JP 2003110186 A JP2003110186 A JP 2003110186A
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semiconductor laser
holding member
module
cooling water
plate
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JP2001338765A
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Japanese (ja)
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Hirotaka Koyama
博隆 小山
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Original Assignee
Shibaura Mechatronics Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To essentially increase the life of a semiconductor laser module. SOLUTION: The semiconductor laser module 13 comprises an LD bar 12 for generating laser light and a holding member 38 for holding the LD bar 12, with the LD bar 12 being cooled by cooling water 3 inside the holding member 38. A plate-like member 40 formed of an artificial sapphire which has an anticorrosion property with respect to the cooling water 3 is interposed between the holding member 8 and the LD bar 12 held by the holding member 38, and is so structured as to be brought into contact with the cooling water 3 via an opening f formed in the holding member 38.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザモジ
ュール、及びその半導体レーザモジュールにより励起光
を得て発振する半導体レーザ励起固体レーザ装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser module and a semiconductor laser pumped solid-state laser device that obtains pumping light by the semiconductor laser module and oscillates the laser light.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザの高出力化が進み、様々な
利用分野に利用されるようになっているが、近年になっ
て半導体レーザからのレーザ光を様々な加工用途に応用
したり、固体レーザ装置に代表されるレーザ媒質励起用
光源として十分使用可能なレーザ出力が得られるように
なった。例えば半導体レーザ(以下「LD」と称する)
を励起用光源として用いる固体レーザ装置においては、
変換効率が40%以上といった高効率でのレーザ発振が
得られるようになってきている。
2. Description of the Related Art Semiconductor lasers have been used in various fields of application due to the progress of higher output. In recent years, laser beams from semiconductor lasers have been applied to various processing applications, solid-state lasers, and so on. A laser output that can be sufficiently used as a light source for exciting a laser medium represented by a laser device has been obtained. For example, a semiconductor laser (hereinafter referred to as "LD")
In the solid-state laser device using as a light source for excitation,
Laser oscillation with a high conversion efficiency of 40% or more has been obtained.

【0003】ところが、LDを高出力で駆動するには大
電流を要することから、LDにて熱となるエネルギーは
多大なものとなり、LDを高出力化すればするほど、L
Dの冷却が必要となる。
However, since a large current is required to drive the LD at a high output, the energy of heat generated by the LD becomes enormous, and the higher the output of the LD, the more the L becomes.
Cooling of D is required.

【0004】そこでこの冷却に関しては、LDを銅など
の金属製のヒートシンク上に載置してこのヒートシンク
に水等の冷却媒体を循環させる構成としたり、ペルチェ
素子を用いたり、あるいは大型の空冷フインを用いる等
によりLDから除熱することが考えられるが、後二者は
大型となりやすいといった問題で高出力化に限界がある
ことから、一定以上の出力が必要とされるLDでは、そ
のほとんどが前者を採用している。
For this cooling, therefore, the LD is mounted on a heat sink made of metal such as copper and a cooling medium such as water is circulated in the heat sink, a Peltier element is used, or a large air cooling fin is used. Although it is possible to remove heat from the LD by using, for example, most of the LDs that require a certain output or more are limited because the latter two have a limitation in increasing the output because they tend to be large. The former is adopted.

【0005】図6は、LDの冷却に冷却媒体として水を
用いた場合のLDモジュールの概念図を示している。図
において、LDモジュール1は、銅製のヒートシンクを
構成する保持部材2に保持される。そして冷却媒体であ
る冷却水3が矢印で示したように保持部材2内を循環す
るようになっていて、この冷却水3によりLD4は冷却
される。
FIG. 6 is a conceptual diagram of an LD module when water is used as a cooling medium for cooling the LD. In the figure, the LD module 1 is held by a holding member 2 which constitutes a heat sink made of copper. The cooling water 3, which is a cooling medium, circulates in the holding member 2 as indicated by the arrow, and the LD 4 is cooled by the cooling water 3.

【0006】上述の説明で保持部材2に銅を用いたが、
その理由としては次のことがあげられる。LDは一般に
非常に小さく、よって保持部材と接触し得る面積にも限
界がある。しかし、LDの冷却が十分に行なえること
は、LDを破損せずに出力可能なレーザ光の最大出力を
決定する大きな要因となり得る。このため、可能な限り
熱伝導率の高い材質で保持部材を製作する必要が生じ
る。安価で加工しやすく熱伝導率の高い材質として、現
状では銅が最も適しているために、多くの高出力LDモ
ジュールはこれを用いているのである。
Although copper is used for the holding member 2 in the above description,
The reasons are as follows. The LD is generally very small, and therefore, the area which can contact the holding member is also limited. However, sufficient cooling of the LD can be a major factor in determining the maximum output of laser light that can be output without damaging the LD. For this reason, it becomes necessary to manufacture the holding member with a material having the highest thermal conductivity. At present, copper is most suitable as a material that is inexpensive, easy to process, and has high thermal conductivity, and therefore many high-power LD modules use this.

【0007】なお、図6でも示したが、保持部材2とL
D4とが接する部分の保持部材2の肉厚tは、LD4と
保持部材2との接触面mとこの接触面mとは反対側の冷
却水3と接している面nとの間の熱勾配を最小に抑える
為、可能な限り薄く作られることが多い。また、保持部
材において、冷却水3との接触面積を増やすために、保
持するLDと面する部分をマイクロチャンネル構造とし
たものも多い。
As shown in FIG. 6, the holding member 2 and L
The thickness t of the holding member 2 in the portion in contact with D4 is the thermal gradient between the contact surface m between the LD4 and the holding member 2 and the surface n in contact with the cooling water 3 on the opposite side of the contact surface m. Is often made as thin as possible to minimize Further, in many holding members, in order to increase the contact area with the cooling water 3, the portion facing the LD to be held has a microchannel structure.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、高出力LD
モジュールやこのLDモジュールで固体レーザ媒質の励
起を行なうLD励起固体レーザ装置がもつ従来装置と異
なる大きな利点の一つとして、LDが長寿命であり、メ
ンテナンスフリーとすることができる点を上げることが
できる。具体的には、数万時間の寿命が期待できるとの
報告もある。しかし、ここでいう長寿命という意味は、
LDを連続動作させた時の寿命であり、例えば1000
0時間の寿命をもつとすると、LDを連続動作させた場
合には1年と数ケ月で寿命を迎えることとなる。24時
間稼動の工場等では、これは何ら問題ないが、一般的な
使用で例えば10時間/日の使用条件の場合、単純計算
では、LDが寿命を迎えるまでに1000日を要するこ
とになり、これはほぼ3年に近い日数になるものの、実
際には次に述べる理由から、実質的にそれほど寿命が期
待できないことが本発明者により解明された。
By the way, a high-power LD
One of the major advantages of the module and the LD pumped solid-state laser device that pumps the solid-state laser medium by this LD module from the conventional device is that the LD has a long life and can be maintenance-free. it can. Specifically, there is a report that a life of tens of thousands of hours can be expected. However, the meaning of long life here is
This is the life when the LD is operated continuously, for example, 1000
Assuming that the LD has a life of 0 hours, it will reach the life in one year and several months when the LD is continuously operated. In a 24-hour factory or the like, this is not a problem, but in the case of general use, for example, in the case of use conditions of 10 hours / day, a simple calculation requires 1000 days until the LD reaches the end of its life. Although the number of days is almost three years, the present inventor has clarified that the life cannot be expected so much in practice because of the following reason.

【0009】これを先に図6に示したLDモジュールを
用いて説明すると、保持部材2に銅ブロックを、冷却媒
体に冷却水3を用いた場合、当然ながらLDの稼働中
は、保持部材2の内面は、循環している冷却水3に常に
接触している。
This will be described with reference to the LD module shown in FIG. 6. When a copper block is used as the holding member 2 and cooling water 3 is used as the cooling medium, the holding member 2 is, of course, operating during operation of the LD. The inner surface of is constantly in contact with the circulating cooling water 3.

【0010】一方、装置停止時には冷却水3の循環は停
止されるが、保持部材2内には停滞した冷却水3が存在
することになる。そして、銅は水に対してわずかながら
溶けだす性質を有することから、銅製の保持部材2の内
面は、LDの稼働時間中だけでなく、停止時間中のおい
ても浸蝕を受けることになる。
On the other hand, the circulation of the cooling water 3 is stopped when the apparatus is stopped, but the stagnant cooling water 3 exists in the holding member 2. Since copper has a property of slightly dissolving in water, the inner surface of the holding member 2 made of copper is corroded not only during the operation time of the LD but also during the stop time thereof.

【0011】また長期間装置が停止し、循環冷却水も停
止した場合、銅製の保持部材の内面に緑青が発生すると
いった別問題も生じる。もし、緑青が発生した場合、冷
却効率の低下を招き、LDにて所定のレーザ出力が得ら
れなくなるばかりか、最悪の場合、LDが破損すること
も考えられる。
When the apparatus is stopped for a long period of time and the circulating cooling water is also stopped, another problem occurs that patina is generated on the inner surface of the copper holding member. If patina occurs, the cooling efficiency is lowered, and a predetermined laser output cannot be obtained by the LD. In the worst case, the LD may be damaged.

【0012】さらに、稼働中のLDには電圧がかけら
れ、大電流が流れている。このため、冷却水の電気抵抗
が低下すると冷却水を通じて微弱な漏れ電流が発生し、
結果的に保持部材に電蝕が発生する。そこでこの電蝕を
避けるために、冷却水の循環経路に大容量のイオン交換
樹脂を設け冷却水の電気抵抗を常に高い値に維持するこ
とが考えられるが、この樹脂を一定期間毎に交換する必
要が生じる。また、いかに冷却水の電気抵抗を上げたと
しても、漏れ電流を全くなくすことは不可能であるた
め、電蝕を完全になくすことはできない。さらには、イ
オン交換樹脂は冷却水内の銅イオンを除去するものであ
るが、これは冷却水内の銅イオンが飽和することなく取
り除かれているということで、化学的な溶解によるヒー
トシンクの浸蝕を進める結果となってしまう。すなわ
ち、冷却水の電気抵抗を上げても下げても、異なる原因
によって保持部材は浸蝕を受けることとなる。
Further, a voltage is applied to the LD in operation and a large current flows. For this reason, when the electrical resistance of the cooling water decreases, a weak leakage current is generated through the cooling water,
As a result, electrolytic corrosion occurs on the holding member. Therefore, in order to avoid this electrolytic corrosion, it is conceivable to install a large-capacity ion-exchange resin in the circulation path of the cooling water and maintain the electric resistance of the cooling water at a high value at all times, but this resin is replaced at regular intervals. The need arises. Further, no matter how the electric resistance of the cooling water is increased, it is impossible to completely eliminate the leakage current, and therefore it is impossible to completely eliminate the electrolytic corrosion. Furthermore, the ion exchange resin removes the copper ions in the cooling water, which means that the copper ions in the cooling water are removed without saturating. Will result in That is, regardless of whether the electric resistance of the cooling water is raised or lowered, the holding member is corroded due to different causes.

【0013】以上いろいろな理由を述べたが、発生した
浸蝕がそのまま進めば、保持部材に穴が開くことは時間
の問題である。保持部材内には冷却水が循環しているた
め、保持部材に穴が開いた場合は、そこから循環冷却水
が噴出することとなる。これは装置破損の原因となり、
最悪の場合に事故を生じることとなる。すなわち、短期
間でLDの寿命を消費するような使用方法では大きな問
題とならないが、前述した例で例えば10時間/日とい
った使用条件のように比較的長期間に渡ってLDの寿命
を消費する場合、LDの寿命を迎える前に保持部材が寿
命を迎え、これは水漏れ事故となる可能性が高い。その
期間は保持部材の構造にもよるが、数年のオーダであ
る。浸蝕に対しても長期間の使用に耐え得るように、保
持部材の肉厚を厚く設定することも考えられるものの、
冷却効率の低下を招くことから、LDの最大出力が低下
したり、LDの過熱によって寿命が損なわれることにな
り、これはLD本来の性能を低下させてしまう原因とも
なる。
Although various reasons have been described above, it is a matter of time before the erosion that has occurred progresses that a hole is formed in the holding member. Since the cooling water circulates in the holding member, if a hole is made in the holding member, the circulating cooling water will be jetted from there. This causes equipment damage,
In the worst case, an accident will occur. That is, the use method that consumes the life of the LD in a short period does not cause a big problem, but consumes the life of the LD for a relatively long period of time such as the use condition of 10 hours / day in the above-described example. In this case, the holding member reaches the end of its life before reaching the end of the life of the LD, which is likely to cause a water leakage accident. The period is on the order of several years, depending on the structure of the holding member. Although it is possible to set the thickness of the holding member to be thick so that it can withstand long-term use even against erosion,
Since the cooling efficiency is deteriorated, the maximum output of the LD is decreased, and the life of the LD is deteriorated due to overheating of the LD, which also causes the original performance of the LD to be deteriorated.

【0014】このように、LDの最も大きな利点の一つ
である長寿命という性能には落とし穴があることにな
る。すなわち、長期間の使用という意味では決して長寿
命とはいえない。
Thus, there is a pitfall in the performance of long life, which is one of the greatest advantages of LDs. That is, it cannot be said that the service life is long in the sense of long-term use.

【0015】本発明は、実質的に長寿命化を実現できる
半導体レーザモジュール及び半導体レーザ励起固体レー
ザ装置を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser module and a semiconductor laser pumped solid-state laser device which can realize a substantially long life.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光を発
生する半導体レーザと、この半導体レーザを保持する保
持部材とを有し、前記保持部材内の冷却媒体により前記
半導体レーザが冷却されてなる半導体レーザモジュール
において、前記保持部材とこの保持部材に保持される前
記半導体レーザとの間に前記冷却媒体に対して耐浸蝕性
を有する部材を介在させ、この部材を前記保持部材に設
けた開口部を介して冷却媒体と接触させるように構成し
たことを特徴とする。
The present invention has a semiconductor laser that emits laser light and a holding member that holds the semiconductor laser, and the semiconductor laser is cooled by a cooling medium in the holding member. In this semiconductor laser module, a member having corrosion resistance to the cooling medium is interposed between the holding member and the semiconductor laser held by the holding member, and the opening is provided in the holding member. It is characterized in that it is configured to come into contact with the cooling medium through the section.

【0017】また本発明は、レーザ光を発生する半導体
レーザと、この半導体レーザを保持する保持部材とを有
し、前記保持部材内の冷却媒体により前記半導体レーザ
が冷却されてなる半導体レーザモジュールにおいて、前
記保持部材における前記冷却媒体との接触部位を、前記
冷却媒体に対して耐浸蝕性を有する部材で構成したこと
を特徴とする。
Further, the present invention provides a semiconductor laser module having a semiconductor laser for generating a laser beam and a holding member for holding the semiconductor laser, wherein the semiconductor laser is cooled by a cooling medium in the holding member. The contact portion of the holding member with the cooling medium is formed of a member having corrosion resistance to the cooling medium.

【0018】なお、耐浸蝕性を有する部材は、高熱伝導
性であることが好ましい。また、浸蝕性を有する部材
は、電気絶縁性を有することが好ましい。
The member having erosion resistance preferably has high thermal conductivity. Further, the erodible member preferably has electrical insulation.

【0019】さらに、本発明は、固体レーザ媒質と、こ
の固体レーザ媒質を励起する半導体レーザモジュールと
を有する半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前
記半導体レーザモジュールとして前述したものを用いた
ことを特徴とする。
Further, according to the present invention, in a semiconductor laser pumped solid-state laser device having a solid-state laser medium and a semiconductor laser module for pumping the solid-state laser medium, the above-mentioned semiconductor laser module is used. To do.

【0020】[0020]

【作用】本発明による半導体レーザモジュールによれ
ば、保持部材とこの保持部材に保持される半導体レーザ
との間、あるいは保持部材における冷却媒体との接触部
位に、冷却媒体に対して耐浸蝕性を有する部材を介在さ
せられていることにより、半導体レーザモジュールとし
て冷却媒体に対する浸蝕性が著しく向上し、半導体レー
ザの本来有する長寿命の性能を実質有効に利用すること
ができる。
According to the semiconductor laser module of the present invention, corrosion resistance to the cooling medium is provided between the holding member and the semiconductor laser held by the holding member, or at the contact portion of the holding member with the cooling medium. By interposing the member having the semiconductor laser module, the erosion of the cooling medium as the semiconductor laser module is remarkably improved, and the inherent long-life performance of the semiconductor laser can be effectively utilized.

【0021】またこの半導体レーザモジュールを用いた
半導体レーザ励起固体レーザ装置においても、使用態様
に拘わらず実質的に長時間の使用に耐え得る装置とする
ことができる。
Also, the semiconductor laser pumped solid-state laser device using this semiconductor laser module can be a device that can withstand substantially long-time use regardless of the mode of use.

【0022】[0022]

【実施の形態】以下本発明の実施形態について図面を用
いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】図1は、本発明を適用してなるLDモジュ
ールの第1の実施の形態の概念図、図2は、本発明を適
用してなるLDモジュールの分解斜視図、図3は、図2
のLDモジュールを用いたLD励起固体レーザ装置の全
体配置図を示す。なお、従来と同一部材には同一符号を
付し、その説明は省略する。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a first embodiment of an LD module to which the present invention is applied, FIG. 2 is an exploded perspective view of an LD module to which the present invention is applied, and FIG. Two
3 is an overall layout diagram of an LD pumped solid-state laser device using the LD module of FIG. The same members as those of the related art are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0024】まず、図3を用いてLD励起固体レーザ装
置の全体構成について説明する。
First, the overall structure of the LD-pumped solid-state laser device will be described with reference to FIG.

【0025】図3に示されるLD励起レーザ装置8は、
Nd:YAGなどの固体レーザ媒体(YAGロッド)1
0と、この固体レーザ媒質10の側面に対向配置され、
この固体レーザ媒質10に対して励起光を照射する複数
のLDを直線状に配列したLDバー(発光素子群)12
を有する。このLDバー12は、後述のLDモジュール
13を構成する。固体レーザ媒質10は励起チャンバ1
4に収納される。この励起チャンバ14内には冷却水3
が循環され、固体レーザ媒質10を冷却する。
The LD pumped laser device 8 shown in FIG.
Solid-state laser medium such as Nd: YAG (YAG rod) 1
0 and the side surface of the solid-state laser medium 10 are arranged to face each other,
An LD bar (light emitting element group) 12 in which a plurality of LDs for irradiating the solid-state laser medium 10 with excitation light are linearly arranged
Have. The LD bar 12 constitutes an LD module 13 described later. Solid-state laser medium 10 is excitation chamber 1
It is stored in 4. In the excitation chamber 14, cooling water 3
Are circulated to cool the solid-state laser medium 10.

【0026】なお図1では、励起チャンバ14内にLD
バー12も配置されているように示されているが、冷却
水は実際には励起チャンバ14内とLDモジュール13
内を別々に循環するようになっており、LDモジュール
13における冷却機構については後述する。
In FIG. 1, the LD is placed in the excitation chamber 14.
Although the bar 12 is also shown as arranged, the cooling water is actually inside the excitation chamber 14 and the LD module 13.
The cooling mechanism in the LD module 13 will be described later.

【0027】LDバー12は、ドライバ回路16にて駆
動され、ドライバ回路16は制御回路18にて制御され
る。固体レーザ媒質10の各端面には全反射ミラー2
0、出力ミラー22がそれぞれ対向配置される。出力ミ
ラー22の光反射率は全反射ミラー20より僅かに小さ
い。
The LD bar 12 is driven by the driver circuit 16, and the driver circuit 16 is controlled by the control circuit 18. A total reflection mirror 2 is provided on each end face of the solid-state laser medium 10.
0 and the output mirror 22 are arranged to face each other. The light reflectance of the output mirror 22 is slightly smaller than that of the total reflection mirror 20.

【0028】励起チャンバ14やLDモジュール13に
冷却水を循環させる冷却装置26は、フィルタ28と、
冷却水循環ポンプ30と、熱交換器32と、これらを励
起チャンバ14やLDモジュール13とをつなぐ循環路
34を有する。
A cooling device 26 for circulating cooling water in the excitation chamber 14 and the LD module 13 includes a filter 28,
It has a cooling water circulation pump 30, a heat exchanger 32, and a circulation path 34 connecting these to the excitation chamber 14 and the LD module 13.

【0029】このような構成において、制御装置18の
制御下でドライバ回路16が駆動されると、LDバー1
2からレーザ光が発せられる。このレーザ光は固体レー
ザ媒質10を励起し、発生したレーザ光は全反射ミラー
20と出力ミラー22間で共振し、最終的に出力ミラー
22よりレーザ発振出力24として出力される。
In such a configuration, when the driver circuit 16 is driven under the control of the controller 18, the LD bar 1
Laser light is emitted from 2. This laser light excites the solid-state laser medium 10, the generated laser light resonates between the total reflection mirror 20 and the output mirror 22, and is finally output from the output mirror 22 as a laser oscillation output 24.

【0030】一方、冷却装置26においては、循環路3
4を介して励起チャンバ14、LDモジュール12に冷
却水を循環させて、固体レーザ媒質10、LDバー12
から除熱し、そしてその熱を熱交換器32で外部へ放出
する。また冷却水に含まれるゴミを、フィルタ28にて
除去する。
On the other hand, in the cooling device 26, the circulation path 3
Cooling water is circulated to the excitation chamber 14 and the LD module 12 via the solid laser medium 10 and the LD bar 12
And heat is released to the outside by the heat exchanger 32. Further, dust contained in the cooling water is removed by the filter 28.

【0031】次に、図3にて用いられるLDモジュール
13について、まず図1の概念図を用いて説明する。
Next, the LD module 13 used in FIG. 3 will be described with reference to the conceptual diagram of FIG.

【0032】図1において、LDモジュール13は、L
Dバー12と、ヒートシンクに相当する銅製の保持部材
38を有する。保持部材38の内部には、従来と同様に
冷却水3の循環路が形成される。また、保持部材38に
おけるLDバー12の支持部位には、矩形状の開口fが
設けられる。この開口fは、保持部材38の内部に形成
される冷却水の循環路に連通するものとされ、そして人
工サファイアより形成された板状部材40にて封口され
る。LDバー12は、この板状部材40上に面接触状態
で支持される。従って、板状部材40は、図中、その下
面が保持部材38内の冷却水3に接するとともに、LD
バー12は、この板状部材40を介して冷却水3により
冷却される。
In FIG. 1, the LD module 13 is L
It has a D bar 12 and a holding member 38 made of copper corresponding to a heat sink. Inside the holding member 38, a circulation path for the cooling water 3 is formed as in the conventional case. In addition, a rectangular opening f is provided in the supporting portion of the holding member 38 for the LD bar 12. The opening f communicates with the circulation path of the cooling water formed inside the holding member 38, and is closed by a plate member 40 formed of artificial sapphire. The LD bar 12 is supported on the plate member 40 in a surface contact state. Therefore, in the drawing, the lower surface of the plate member 40 contacts the cooling water 3 in the holding member 38, and the LD
The bar 12 is cooled by the cooling water 3 via the plate member 40.

【0033】次に、LDモジュールの詳細について、図
2を用いて説明する。同図において、LDモジュール1
3を構成する保持部材38は、銅を材質とする5枚の矩
形状をなす板状部材38a〜38eが積層形成され、ロ
ウ付けなどにて一体化される。そして、図で最下層の板
状部材38aには冷却水3の導入口a、最上層の板状部
材38eには冷却水3の導出口eがそれぞれ形成される
とともに、その間の各板状部材38b〜38dには、冷
却水3の通路となる溝b〜dが形成されている。板状部
材38cに形成される溝cは、板状部材38cの先端部
分にその一辺に沿って矩形状に形成され、板状部材38
bと38dに形成される溝bとdには、この溝cと対応
する位置に直線状の溝部分を有する。さらに、最上層の
板状部材38eにおいても、この溝cと対向する矩形状
の開口fが設けられる。この開口fは、矩形状をなす板
状部材40にて封口される。この板状部材40は、平面
視でLDバー12より大なる面積を有し、人工サファイ
アより形成される。
Next, details of the LD module will be described with reference to FIG. In the figure, the LD module 1
The holding member 38 constituting No. 3 is formed by stacking five rectangular plate-shaped members 38a to 38e made of copper as a material and integrated by brazing or the like. In addition, in the figure, an inlet a for the cooling water 3 is formed in the lowermost plate member 38a, and an outlet e for the cooling water 3 is formed in the uppermost plate member 38e, and each plate member in between. Grooves b to d serving as passages for the cooling water 3 are formed in 38b to 38d. The groove c formed in the plate-shaped member 38c is formed in a rectangular shape along one side of the tip end of the plate-shaped member 38c.
The grooves b and d formed in b and 38d have linear groove portions at positions corresponding to the groove c. Further, the uppermost plate member 38e is also provided with a rectangular opening f facing the groove c. The opening f is closed by a rectangular plate member 40. The plate member 40 has an area larger than that of the LD bar 12 in a plan view and is made of artificial sapphire.

【0034】このような構成のLDモジュール13にお
いては、図3で示した冷却装置26からの冷却水3が、
板状部材38aの導入口aから矢印Xで示されるように
して導入され、そして各板状部材に形成された溝b〜d
を通り、そして板状部材38eの導出口eから矢印Yで
示されるようにして導出される。このとき、溝dを通過
した冷却水3は、開口fを介して板状部材40の下面に
接する。このため、板状部材40に支持されたLDバー
12は、冷却水3と接する板状部材40を介して冷却さ
れる。
In the LD module 13 having such a structure, the cooling water 3 from the cooling device 26 shown in FIG.
Grooves b to d introduced from the inlet a of the plate member 38a as shown by the arrow X and formed in each plate member.
And is led out from the outlet e of the plate member 38e as indicated by an arrow Y. At this time, the cooling water 3 that has passed through the groove d contacts the lower surface of the plate member 40 through the opening f. Therefore, the LD bar 12 supported by the plate member 40 is cooled via the plate member 40 that is in contact with the cooling water 3.

【0035】このように第1の実施の態様におけるLD
モジュール13においては、保持部材38におけるLD
バー12が保持される部分に、冷却水3の循環路に連通
する開口fを形成し、この開口を人工サファイアよりな
る板状部材40で封口するとともに、この板状部材40
上にLDバー12を配置する構成とした。人工サファイ
アは、冷却水3に対して非常に高い耐浸蝕性を有する。
従って、冷却水3に長時間にわたってさらされたとして
も、浸蝕を受けることがないか、あるいはほとんどな
く、従って、従来のような浸蝕による水漏れ等の事故回
避を、長期にわたって期待でき、実質的にLDモジュー
ルの長寿命化が実現できる。そして、このようなLDモ
ジュール13をLD励起固体レーザ装置8の励起光源と
して用いることで、レーザ装置を長期にわたって浸蝕に
よる事故無く使用することが可能となる。
Thus, the LD according to the first embodiment
In the module 13, the LD in the holding member 38
An opening f communicating with the circulation path of the cooling water 3 is formed in a portion where the bar 12 is held, and the opening is sealed with a plate-like member 40 made of artificial sapphire, and the plate-like member 40 is formed.
The LD bar 12 is arranged on the top. The artificial sapphire has a very high corrosion resistance against the cooling water 3.
Therefore, even if it is exposed to the cooling water 3 for a long period of time, it is not or hardly eroded, so that it is possible to expect the avoidance of accidents such as water leakage due to erosion as in the conventional case for a long period of time. In addition, the life of the LD module can be extended. By using such an LD module 13 as an excitation light source of the LD excitation solid-state laser device 8, it becomes possible to use the laser device for a long period of time without accidents due to erosion.

【0036】また、開口fを封口する板状部材40に用
いた人工サファイアは、熱伝導性においても銅より優れ
ている。従って、この人工サファイアより形成された板
状部材40を冷却水3と接触させたことで、この板状部
材40に支持されたLDバー12の冷却効率は飛躍的に
向上し、大出力のLDバー12であっても、冷却を十分
に行なうことが可能となり、LDバー12の出力維持に
大きく貢献する。
The artificial sapphire used for the plate member 40 for sealing the opening f is also superior in heat conductivity to copper. Therefore, by bringing the plate-like member 40 made of this artificial sapphire into contact with the cooling water 3, the cooling efficiency of the LD bar 12 supported by the plate-like member 40 is dramatically improved, and a high-power LD Even the bar 12 can be sufficiently cooled, which greatly contributes to maintaining the output of the LD bar 12.

【0037】さらに、人工サファイアは電気的絶縁性に
も優れている。従来技術のところで、LD駆動のための
電流が冷却水を流れる(漏れ電流)ことによる電蝕につ
いて述べたが、電気絶縁性を有する人工サファイアをL
Dバー12と保持部材38との間に介在させることによ
り、この漏れ電流の発生をほとんど絶つこともでき、従
って保持部材38における電蝕による浸蝕も防止するこ
とができる。
Further, artificial sapphire is also excellent in electrical insulation. In the prior art, the electrolytic corrosion caused by the current for driving the LD flowing through the cooling water (leakage current) was described.
By interposing it between the D bar 12 and the holding member 38, it is possible to almost completely prevent the generation of the leakage current, and therefore it is possible to prevent the holding member 38 from being corroded by electrolytic corrosion.

【0038】また、図3では、開口fを板状部材で覆う
ようにして封口したが、図1の概念図で示したように、
開口に埋め込むようにしてもかまわない。
Further, in FIG. 3, the opening f is covered with the plate-like member so as to be sealed, but as shown in the conceptual diagram of FIG.
It may be embedded in the opening.

【0039】なお、上記の実施の形態においては、LD
バー12が接する部分にだけ人工サファイアから形成さ
れる板状部材40を配置したものを示した。これは、L
Dバー12の発熱を考慮に入れ、冷却水3に対する耐浸
蝕効果とともに、人工サファイアのもつ熱伝導性を利用
してのLDバー12の冷却効果向上、さらには人工サフ
ァイアのもの電気的絶縁性を利用した電蝕防止を狙う理
由からであり、保持部材38を銅で形成した場合、冷却
水3と接触する部分は十分な肉厚をもたせることによ
り、浸蝕自体は避けられないものの、長期間の使用には
耐え得るようにも構成できるからである。従って、後述
の第2の実施の形態でも述べるが、保持部材38におい
て、冷却水3と接する部分、さらには保持部材全体を人
工サファイアにて形成してもかまわない。
In the above embodiment, the LD
The plate-shaped member 40 formed of artificial sapphire is arranged only in the portion in contact with the bar 12. This is L
Taking into consideration the heat generation of the D bar 12, the cooling effect of the LD bar 12 is improved by utilizing the thermal conductivity of the artificial sapphire and the electrical insulation of the artificial sapphire, as well as the corrosion resistance against the cooling water 3. This is for the purpose of preventing electrolytic corrosion that is used. When the holding member 38 is formed of copper, the portion that comes into contact with the cooling water 3 has a sufficient thickness so that erosion itself is unavoidable, but long-term This is because it can be configured to withstand use. Therefore, as will be described in the second embodiment described later, the portion of the holding member 38 that contacts the cooling water 3 and the entire holding member may be formed of artificial sapphire.

【0040】また、人工サファイアに代えて、人工ダイ
アモンドなどの他の人工結晶であっても良い。人工ダイ
アモンドの場合、人工サファイアと同様に耐浸蝕性、熱
伝導性、電気絶縁性にも優れているから、人工サファイ
アを用いたときと同様な効果を得ることができる。ま
た、冷却水3に対する耐浸蝕性という観点からは、他に
セラミックスなどの焼結体、テフロン(登録商標)等の
高分子樹脂、ステンレス、金、白金などを用いても良
い。この場合、耐浸蝕性を有する利点から、厚みを薄く
することで、たとえ熱伝導性が劣っていても補うことが
でき、要は、冷却水などの冷却媒体に対して耐浸蝕性を
有する部材であれば良い。
Instead of artificial sapphire, other artificial crystals such as artificial diamond may be used. Since artificial diamond has excellent erosion resistance, thermal conductivity, and electrical insulation as well as artificial sapphire, the same effects as when artificial sapphire is used can be obtained. From the viewpoint of corrosion resistance to the cooling water 3, a sintered body such as ceramics, a polymer resin such as Teflon (registered trademark), stainless steel, gold, platinum, or the like may be used. In this case, from the advantage of having erosion resistance, it is possible to compensate even if the thermal conductivity is inferior by reducing the thickness. The point is that a member having erosion resistance to a cooling medium such as cooling water. If it is good.

【0041】次に、LDモジュールの第2の実施の形態
について、図4に示す概念図、図5に示す分解斜視図を
用いて説明する。
Next, a second embodiment of the LD module will be described with reference to the conceptual diagram shown in FIG. 4 and the exploded perspective view shown in FIG.

【0042】第1の実施の形態では、LDバー12と保
持部材38との間に人工サファイアなどからなる板状部
材40である耐浸蝕性部材を介在させたが、この第2の
実施の形態では、図4の概念図に示すように、保持部材
38におけるLDバー12の保持部位を他の部分より薄
く形成し、そしてこの部分の内面を耐浸蝕性を有する部
材42で構成した点である。
In the first embodiment, the erosion resistant member, which is the plate member 40 made of artificial sapphire or the like, is interposed between the LD bar 12 and the holding member 38, but this second embodiment is the same. As shown in the conceptual diagram of FIG. 4, the holding portion of the holding member 38 for holding the LD bar 12 is formed thinner than the other portions, and the inner surface of this portion is formed of the member 42 having erosion resistance. .

【0043】図5を用いて詳細に説明する。This will be described in detail with reference to FIG.

【0044】ここに示したLDモジュール44では、図
2を用いて説明した第1の実施の形態とは、保持部材3
8が銅よりなる5枚の板状部材38a乃至38eから形
成されること、各板状部材に導入口a、導出口e、溝b
〜dが形成されること、はいずれも共通しているが、最
上層の板状部材38eには、図2であった開口fは形成
されていない。そして、板状部材38eにおける他の板
状部材との対向面全面には、高分子樹脂であるテフロン
(登録商標)なる耐浸蝕層42がコーティング処理によ
り形成されている。また、LDバー12が接する最上層
の板状部材38eの厚さは、他の板状部材38a〜38
dより少し薄く形成されている。
The LD module 44 shown here is different from the first embodiment described with reference to FIG. 2 in the holding member 3.
8 is formed of five plate members 38a to 38e made of copper, and each plate member has an inlet port a, an outlet port e, and a groove b.
It is common that all of the steps up to d are formed, but the opening f shown in FIG. 2 is not formed in the uppermost plate member 38e. An erosion resistant layer 42 made of a polymer resin, Teflon (registered trademark), is formed on the entire surface of the plate member 38e facing the other plate members by a coating process. The thickness of the uppermost plate member 38e with which the LD bar 12 is in contact is the same as that of the other plate members 38a-38.
It is formed slightly thinner than d.

【0045】このようなLDモジュール44において
は、図3で示した冷却装置26からの冷却水3が、板状
部材38aの導入口aから矢印Xで示されるようにして
導入され、そして各板状部材に形成された溝b〜dを通
り、そして板状部材38eの導出口eから矢印Yで示さ
れるようにして導出される。このとき、溝dを流れる冷
却水3は、板状部材38eの下面に形成された耐浸蝕層
42に接触し、銅からなる板状部材38eとは直接接触
しない。そして、板状部材38eに支持されたLDバー
12は、保持部材38を介して冷却水3によって冷却さ
れる。
In such an LD module 44, the cooling water 3 from the cooling device 26 shown in FIG. 3 is introduced from the introduction port a of the plate member 38a as shown by the arrow X, and each plate is It passes through the grooves b to d formed in the plate-shaped member and is led out from the lead-out port e of the plate-shaped member 38e as shown by an arrow Y. At this time, the cooling water 3 flowing in the groove d contacts the erosion resistant layer 42 formed on the lower surface of the plate member 38e, and does not directly contact the plate member 38e made of copper. Then, the LD bar 12 supported by the plate member 38e is cooled by the cooling water 3 via the holding member 38.

【0046】このように第2の実施の形態におけるLD
モジュール44においては、保持部材38におけるLD
バー12に接する板状部材38eを他の板状部材より薄
く形成するとともに、この板状部材38eにおけるLD
バー12の接触面とは反対面、つまり他の板状部材との
対向面全面に耐浸蝕層42を設けた。テフロン(登録商
標)は前述したように、冷却水3に対して非常に高い耐
浸蝕性を有するから、冷却水3に長時間にわたってさら
されたとしても、耐浸蝕層42の存在により、第1の実
施の形態と同様、従来のような浸蝕による水漏れ等の事
故回避を、長期にわたって期待でき、実質的にLDモジ
ュールの長寿命化が実現できる。そして、このようなL
Dモジュール44をLD励起固体レーザ装置8の励起光
源として用いることで、レーザ装置を長期にわたって浸
蝕による事故無く使用することが可能となる。
As described above, the LD according to the second embodiment
In the module 44, the LD in the holding member 38
The plate member 38e contacting the bar 12 is formed thinner than the other plate members, and the LD in the plate member 38e is formed.
The erosion resistant layer 42 was provided on the surface opposite to the contact surface of the bar 12, that is, the entire surface facing the other plate member. As described above, since Teflon (registered trademark) has a very high erosion resistance to the cooling water 3, even if it is exposed to the cooling water 3 for a long time, the presence of the erosion resistant layer 42 causes Similar to the embodiment described above, the conventional avoidance of accidents such as water leakage due to erosion can be expected for a long period of time, and the life of the LD module can be substantially extended. And such L
By using the D module 44 as the excitation light source of the LD excitation solid-state laser device 8, it becomes possible to use the laser device for a long period of time without accidents due to erosion.

【0047】また、LDバー12と接する板状部材38
eを他の板状部材より薄く形成したことで、板状部材3
8eの互いの対向面間での熱勾配は抑えることになる
が、そのままでは、従来技術で述べたとおり冷却水3に
対する耐浸蝕性が弱くなる。しかしながら、この第2の
実施の形態では、板状部材38eにおける冷却水3と接
する面に耐浸蝕層42をコーティング等により設けたこ
とで、それが十分カバーできることから、従来よりも板
状部材38eをより薄く形成することができる。従っ
て、第1の実施の形態と同様に、LDバー12の冷却効
率は飛躍的に向上し、大出力のLDバー12であって
も、冷却を十分に行なうことが可能となり、LDバー1
2の出力維持に大きく貢献する。
Further, a plate-like member 38 which contacts the LD bar 12
By forming e thinner than other plate-shaped members, the plate-shaped member 3
Although the thermal gradient between the opposing surfaces of 8e is suppressed, if it is left as it is, the corrosion resistance to the cooling water 3 becomes weak as described in the prior art. However, in the second embodiment, since the erosion resistant layer 42 is provided on the surface of the plate-shaped member 38e in contact with the cooling water 3 by coating or the like, the plate-shaped member 38e can be sufficiently covered. Can be formed thinner. Therefore, similarly to the first embodiment, the cooling efficiency of the LD bar 12 is dramatically improved, and even the LD bar 12 having a large output can be sufficiently cooled.
It greatly contributes to maintaining the output of 2.

【0048】なお、第2の実施形態では、板状部材38
eにおける一面全面に耐浸蝕層42形成するものであっ
た。これは、板状部材38e全体を薄く形成したためで
もあるが、板状部材38eにおけるLDバー12の対向
する部分だけにコーティングを施すものであっても良い
し、板状部材38dに形成された溝dと対向する部分に
だけコーティングを施すようにしても良い。この場合、
板状部材38eにおける他の部分の肉厚は厚くすること
が好ましい。
In the second embodiment, the plate member 38
The erosion-resistant layer 42 was formed on the entire surface of one side of e. This is because the entire plate-shaped member 38e is formed thin, but coating may be applied only to a portion of the plate-shaped member 38e facing the LD bar 12, or a groove formed in the plate-shaped member 38d. The coating may be applied only to the portion facing d. in this case,
It is preferable that the thickness of the other portion of the plate member 38e is thick.

【0049】また、板状部材38eだけでなく、他の板
状部材38a乃至38dにおいても、その全面、あるい
は特に冷却水3と接しているところを耐浸蝕性を有する
部材でコーティングするものであっても良い。このよう
にすれば、各板状部材の厚さを冷却水3による浸蝕を考
慮せずに薄くできることから、LDモジュール44全体
の薄型化も実現可能となる。
Not only the plate-shaped member 38e but also the other plate-shaped members 38a to 38d are coated with a member having corrosion resistance on the entire surface thereof, or particularly the part in contact with the cooling water 3. May be. In this way, the thickness of each plate-shaped member can be reduced without considering the erosion by the cooling water 3, so that the LD module 44 as a whole can be thinned.

【0050】また、第2の実施の形態においては、高分
子樹脂を用いたが、第1の実施の形態と同様、人工サフ
ァイア、人工ダイヤモンドなどの人工結晶、セラミック
スなどの焼結体、金などを用いても同様であり、処理と
してはコーティングの他に、金などにおいてはメッキ処
理を、また上述したテフロン(登録商標)等の塗料を塗
布するようにしても構わない。さらには、保持部材38
を銅に代えて例えば鉄材で形成し、鉄の酸化膜をその内
面、特に冷却水3の循環路に対応する部分に形成するこ
とで耐浸蝕性の部材を得るものであっても良く、要は、
冷却水などの冷却媒体に対して耐浸蝕性を有する部材が
形成されていれば良い。
Further, in the second embodiment, the polymer resin is used, but as in the first embodiment, artificial sapphire, artificial crystals such as artificial diamond, sintered bodies such as ceramics, gold, etc. This is also the case with the above, and in addition to the coating, the plating may be performed for gold or the like, and the above-mentioned Teflon (registered trademark) or other paint may be applied. Furthermore, the holding member 38
May be formed of, for example, an iron material in place of copper, and an iron oxide film may be formed on the inner surface thereof, particularly on the portion corresponding to the circulation path of the cooling water 3, to obtain an erosion resistant member. Is
It suffices if a member having corrosion resistance to a cooling medium such as cooling water is formed.

【0051】なお、上述した2つのLDモジュール1
3、44において、保持部材38を5層の板状部材38
a乃至38eから構成したが当然ながら一例であって、
何層でも良く、もともとの一体物であっても良い。
The above-mentioned two LD modules 1
3 and 44, the holding member 38 is replaced by a five-layer plate-shaped member 38.
Although it is composed of a to 38e, it is an example as a matter of course,
It may be any number of layers, or may be an original one.

【0052】またいずれの実施の形態でも、冷却媒体が
水であったが、油、グリセリンなど他の冷媒を用いるも
のであっても良い。
Although the cooling medium is water in any of the embodiments, other refrigerants such as oil and glycerin may be used.

【0053】さらには、冷却媒体は循環型である必要も
なく、保持部材内に封入されているタイプのものに対し
ても本発明は適用できる。
Further, the cooling medium does not have to be a circulation type, and the present invention can be applied to a type sealed in the holding member.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明によれば、実質的に長寿命化を実
現できる半導体レーザモジュール及び半導体レーザ励起
固体レーザ装置を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser module and a semiconductor laser pumped solid-state laser device capable of substantially extending the life.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を適用してなるLDモジュールの第1の
実施の形態の概念図を示す。
FIG. 1 shows a conceptual diagram of a first embodiment of an LD module to which the present invention is applied.

【図2】本発明を適用してなるLDモジュールの分解斜
視図を示す。
FIG. 2 shows an exploded perspective view of an LD module to which the present invention is applied.

【図3】図2のLDモジュールを用いたLD励起固体レ
ーザ装置の全体配置図を示す。
FIG. 3 shows an overall layout of an LD pumped solid-state laser device using the LD module of FIG.

【図4】本発明を適用してなるLDモジュールの第2の
実施の形態の概念図を示す。
FIG. 4 shows a conceptual diagram of a second embodiment of an LD module to which the present invention is applied.

【図5】本発明を適用してなるLDモジュールの分解斜
視図を示す。
FIG. 5 shows an exploded perspective view of an LD module to which the present invention is applied.

【図6】従来のLDモジュールの概念図を示す。FIG. 6 shows a conceptual diagram of a conventional LD module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 冷却水 8 LD励起レーザ装置 10 固体レーザ媒質 12 LDバー 13 LDモジュール 14 励起チャンバ 16 ドライバ回路 18 制御回路 20 全反射ミラー 22 出力ミラー 24 レーザ発振出力 26 冷却装置 38 保持部材 38a〜38e 板状部材 f 開口 40 板状部材 42 耐浸蝕性部材 44 LDモジュール 3 cooling water 8 LD excitation laser device 10 Solid-state laser medium 12 LD bar 13 LD module 14 Excitation chamber 16 Driver circuit 18 Control circuit 20 total reflection mirror 22 Output mirror 24 Laser oscillation output 26 Cooling system 38 Holding member 38a to 38e plate-shaped member f aperture 40 plate-shaped member 42 Corrosion resistant member 44 LD module

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光を発生する半導体レーザと、こ
の半導体レーザを保持する保持部材とを有し、前記保持
部材内の冷却媒体により前記半導体レーザが冷却されて
なる半導体レーザモジュールにおいて、 前記保持部材とこの保持部材に保持される前記半導体レ
ーザとの間に前記冷却媒体に対して耐浸蝕性を有する部
材を介在させ、この部材を前記保持部材に設けた開口部
を介して冷却媒体と接触させるように構成したことを特
徴とする半導体モジュール。
1. A semiconductor laser module, comprising: a semiconductor laser that emits laser light; and a holding member that holds the semiconductor laser, wherein the semiconductor laser is cooled by a cooling medium in the holding member. A member having corrosion resistance to the cooling medium is interposed between the member and the semiconductor laser held by the holding member, and the member is brought into contact with the cooling medium through an opening provided in the holding member. A semiconductor module characterized in that it is configured to:
【請求項2】 レーザ光を発生する半導体レーザと、こ
の半導体レーザを保持する保持部材とを有し、前記保持
部材内の冷却媒体により前記半導体レーザが冷却されて
なる半導体レーザモジュールにおいて、 前記保持部材における前記冷却媒体との接触部位を、前
記冷却媒体に対して耐浸蝕性を有する部材で構成したこ
とを特徴とする半導体レーザモジュール。
2. A semiconductor laser module, comprising: a semiconductor laser that emits laser light; and a holding member that holds the semiconductor laser, wherein the semiconductor laser is cooled by a cooling medium in the holding member. A semiconductor laser module, wherein a contact portion of the member with the cooling medium is formed of a member having corrosion resistance to the cooling medium.
【請求項3】 前記耐浸蝕性を有する部材は、高熱伝導
性であることを特徴とする、請求項1または請求項2記
載の半導体レーザモジュール。
3. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the member having erosion resistance has high thermal conductivity.
【請求項4】 前記耐浸蝕性を有する部材は、電気絶縁
性を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか
に記載の半導体レーザモジュール。
4. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the member having corrosion resistance has electrical insulation.
【請求項5】 前記耐浸蝕性を有する部材は、人工結
晶、焼結体、高分子樹脂、金、白金のいずれかであるこ
とを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体レ
ーザモジュール。
5. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the erosion resistant member is any one of an artificial crystal, a sintered body, a polymer resin, gold and platinum. .
【請求項6】 固体レーザ媒質と、この固体レーザ媒質
を励起する半導体レーザモジュールとを有してなる半導
体レーザ励起固体レーザ装置において、前記半導体レー
ザモジュールとして請求項1乃至5のいずれかを用いた
ことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
6. A semiconductor laser pumped solid-state laser device comprising a solid-state laser medium and a semiconductor laser module for pumping the solid-state laser medium, wherein any one of claims 1 to 5 is used as the semiconductor laser module. A semiconductor laser pumped solid-state laser device characterized by the above.
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