JP4979726B2 - Cooling device, semiconductor laser light source device, semiconductor laser light source unit, and solid-state laser device - Google Patents

Cooling device, semiconductor laser light source device, semiconductor laser light source unit, and solid-state laser device Download PDF

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Description

本発明は一般に冷却装置に関するものであり、特に発熱密度の高い半導体レーザ素子を強制的に冷却するための冷却装置、かかる冷却装置を備えた半導体レーザ光源装置と半導体レーザ光源ユニット、および固体レーザ装置に関するものである。   BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a cooling device, and in particular, a cooling device for forcibly cooling a semiconductor laser element having a high heat generation density, a semiconductor laser light source device and a semiconductor laser light source unit having such a cooling device, and a solid state laser device It is about.

半導体レーザ光源の主な用途として、大出力固体レーザの励起用光源が挙げられる。固体レーザの励起には、従来はキセノンランプ等の光源が利用されていたが、一般に出力波長はブロードなスペクトルを呈し、レーザ励起効率は低かった。   A main application of the semiconductor laser light source is a light source for exciting a high-power solid-state laser. Conventionally, a light source such as a xenon lamp has been used for excitation of the solid-state laser. However, in general, the output wavelength has a broad spectrum and the laser excitation efficiency is low.

キセノンランプ等の光源に代り、鋭い波長スペクトルを有する半導体レーザによって励起すると、固体レーザを高効率でレーザ発振させることが可能となる。大出力固体レーザの励起用光源として使用する半導体レーザ素子は、数十ワットレベルのレーザビームを出射する必要があるが、半導体レーザ素子の出力効率は現状で50％程度であり、このため、レーザ光出力とほぼ同等の発熱が生じる。したがって、安定なレーザ光出力を得るためには、半導体レーザ素子を効率良く冷却する冷却装置が不可欠である。   When excited by a semiconductor laser having a sharp wavelength spectrum instead of a light source such as a xenon lamp, a solid-state laser can be oscillated with high efficiency. A semiconductor laser element used as a pumping light source for a high-power solid-state laser needs to emit a laser beam of several tens of watts, but the output efficiency of the semiconductor laser element is currently about 50%. Heat generation is almost equivalent to the light output. Therefore, in order to obtain a stable laser beam output, a cooling device that efficiently cools the semiconductor laser element is indispensable.

図２３は、米国特許第５１０５４２９号特許明細書に記載された従来の半導体レーザ素子を冷却する冷却装置の構成を示す。この冷却装置は、冷却液の流路が形成された下側および上側の薄板１および３を、ガラス等の絶縁体より構成される中間薄板２の上下に積層した構成となっている。   FIG. 23 shows a configuration of a cooling device for cooling a conventional semiconductor laser element described in US Pat. No. 5,105,429. The cooling device has a configuration in which lower and upper thin plates 1 and 3 in which a coolant flow path is formed are stacked above and below an intermediate thin plate 2 made of an insulator such as glass.

薄板１には、冷却液の入口開口部１Aおよび出口開口部１Bが、さらに上側の薄板３には、冷却液の入口開口部３Aおよび出口開口部３Bが設けられている。薄板１の上面には一端が冷却液入口１Aに連通し、他端が前端面１ａに向かって枝分かれして冷却液の流路となる流路１Ｃが形成され、さらに中間薄板２には、薄板１の冷却液入口１Ａおよび冷却液出口１Ｂに対応して、冷却液の流路２Ａ、２Ｂが形成されている。   The thin plate 1 is provided with an inlet opening 1A and an outlet opening 1B for the cooling liquid, and the upper thin plate 3 is provided with an inlet opening 3A and an outlet opening 3B for the cooling liquid. On the upper surface of the thin plate 1, one end is connected to the coolant inlet 1 </ b> A, and the other end is branched toward the front end surface 1 a to form a flow path 1 </ b> C serving as a coolant flow path. Corresponding to one coolant inlet 1A and coolant outlet 1B, coolant flow paths 2A, 2B are formed.

上側薄板３の下面には、前端面３aに沿って、出口開口部３Bに連通して、流路１Cのピッチをさらに小さくしたマイクロチャネル（図示せず）が形成される。上側薄板３には、その上面に、前端面３ａに沿うように半導体レーザアレイ４が接合されている。上述の図示されていないマイクロチャネルは上側薄板３の下面で、半導体レーザアレイ４の直下に形成されている。ここで半導体レーザアレイとは、個々の発光スポットを有する半導体レーザが横一列に連なりアレイ状になったものを言う。   On the lower surface of the upper thin plate 3, a microchannel (not shown) is formed along the front end surface 3a so as to communicate with the outlet opening 3B and further reduce the pitch of the flow path 1C. A semiconductor laser array 4 is bonded to the upper thin plate 3 along the front end surface 3a on the upper surface thereof. The microchannel (not shown) is formed on the lower surface of the upper thin plate 3 and immediately below the semiconductor laser array 4. Here, the semiconductor laser array refers to an array of semiconductor lasers having individual light emission spots arranged in a horizontal row.

下側薄板１、中間薄板２および上側薄板３は積層された状態で、それぞれに形成された中央開口部１Ｄ〜３Ｄに挿通されたボルト・ナットにより固定される。半導体レーザアレイ４は直流電源等の駆動装置５により動作する。   The lower thin plate 1, the intermediate thin plate 2 and the upper thin plate 3 are laminated and fixed by bolts and nuts inserted through the central openings 1D to 3D formed therein. The semiconductor laser array 4 is operated by a driving device 5 such as a DC power source.

従来の冷却装置では、単結晶シリコン（Si）基板が薄板１および３の構成材料として使用され、マイクロチャネル１Cおよび薄板３の図示されないマイクロチャネルは、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により、典型的には幅が25μm、深さが125μmのサイズで形成されている。このように幅が非常に狭いマイクロチャネルでは、流路壁面に境界層が形成されにくいため、冷却効率の向上が期待される。   In the conventional cooling device, a single crystal silicon (Si) substrate is used as a constituent material of the thin plates 1 and 3, and the microchannel 1C and the microchannel (not shown) of the thin plate 3 are typically formed by photolithography technology and etching technology. The width is 25 μm and the depth is 125 μm. In such a microchannel with a very narrow width, it is difficult to form a boundary layer on the flow path wall surface, so that an improvement in cooling efficiency is expected.

上述の図２３に示した冷却装置１０においては、マイクロチャネルはシリコン基板上にフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって形成されているため、露光装置など高価な設備を必要とし、製造費用が高くなる問題が生じた。
また、冷却装置１０は薄板１および３として使われるシリコン基板、あるいはガラス等の絶縁体薄板２は機械的に脆弱であるため、製造歩留りの点でも問題があった。
また、これらの薄板１〜３を積層する時にも機械的に脆弱なことから、強く締付けることができず、シリコンゴム等のパッキンを薄板間のシールに用いても、長時間の運転を行った場合に漏水を引き起こすおそれがあった。 In the cooling device 10 shown in FIG. 23 described above, since the microchannel is formed on the silicon substrate by the photolithography technique and the etching technique, an expensive facility such as an exposure apparatus is required, which increases the manufacturing cost. occured.
In addition, the cooling device 10 has a problem in terms of manufacturing yield because the silicon substrate used as the thin plates 1 and 3 or the insulating thin plate 2 such as glass is mechanically fragile.
Further, since these thin plates 1 to 3 are mechanically fragile, they cannot be strongly tightened, and even if packing such as silicon rubber is used for sealing between the thin plates, a long time operation was performed. In some cases, there was a risk of water leakage.

図２３の冷却装置１０は、薄板１〜３を積層した場合に電気抵抗が高くなる問題もあった。冷却装置１０においては、中間薄板２として、上下の薄板１および３を構成するシリコン基板に貼り合せるのに好適なガラスが使用され、さらに薄板間をシールするためにシリコンゴムが各々の薄板の間に挟まれているので、この状態では薄板１〜３を電気的に直列接続して半導体レーザアレイ４を駆動することは不可能であった。   The cooling device 10 in FIG. 23 has a problem that the electrical resistance increases when the thin plates 1 to 3 are stacked. In the cooling device 10, glass suitable for bonding to the silicon substrates constituting the upper and lower thin plates 1 and 3 is used as the intermediate thin plate 2, and silicon rubber is interposed between the thin plates in order to seal between the thin plates. In this state, it was impossible to drive the semiconductor laser array 4 by electrically connecting the thin plates 1 to 3 in series.

このため、薄板１〜３の側壁面に金属膜をメタライズしたり、メタルクリップを使用する、あるいは金属粉末を含有した導電性シリコンゴムをパッキンとして使用する等の対策が講じられているが、直列電気抵抗が大きくなることは不可避で、この結果、ジュール発熱の増大を免れえなかった。   For this reason, measures such as metallizing a metal film on the side walls of the thin plates 1 to 3, using a metal clip, or using conductive silicon rubber containing metal powder as packing are taken. An increase in electrical resistance is inevitable, and as a result, an increase in Joule heat generation could not be avoided.

さらに、図２３の冷却装置１０は、マイクロチャネル以外を冷却に有効に利用しておらず、冷却効率をさほど高くできないという問題点も有した。すなわち、冷却装置１０では、マイクロチャネルを形成した薄板１および３の材料としてシリコンが使用されているが、シリコンの熱伝導率は金属の熱伝導率に比べて小さく、薄板１および３を介した熱伝導による発生熱量の除去が困難であった。
さらに、中間薄板２としてガラスを使用しているため、中間薄板２自体の熱伝導も殆ど作用しなかった。
しかも、ガラス製の薄板２では、その前端部２ａがスロット２Ｃによって他の部分から熱的にほとんど遮断されており、前端部２ａの冷却性能は著しく低下した。
このような構造にも関わらず、ガラス薄板２の前端部２ａは、その上面の薄板３に配設された半導体レーザアレイ４の近傍に位置するため、発生した熱の多くがガラス薄板２の前端部２ａに到達してしまった。
すなわち、冷却装置１０は、特に半導体レーザアレイが配設された薄板３に形成されている冷却液流路だけに負荷をかける設計になっており、この流路だけで冷却に必要な表面積を確保する必要があるので、微細な流路パターンを採用せざるを得なかった。
しかし、このような微細なマイクロチャネルは、加工コストも高く、さらに、冷却液中の微細な塵埃で流路が詰まりやすいので、冷却液の水質管理等の保守・維持費用も高くなるという問題があった。 Furthermore, the cooling device 10 of FIG. 23 has a problem in that the cooling efficiency cannot be increased so much except for the microchannel, which is not effectively used for cooling. That is, in the cooling device 10, silicon is used as the material of the thin plates 1 and 3 in which the microchannels are formed, but the thermal conductivity of silicon is smaller than the thermal conductivity of the metal and the thin plates 1 and 3 are interposed. It was difficult to remove the heat generated by heat conduction.
Further, since glass is used as the intermediate thin plate 2, the heat conduction of the intermediate thin plate 2 itself hardly acts.
Moreover, in the glass thin plate 2, the front end portion 2a is almost thermally cut off from other portions by the slot 2C, and the cooling performance of the front end portion 2a is remarkably lowered.
Despite such a structure, the front end 2a of the glass thin plate 2 is located in the vicinity of the semiconductor laser array 4 disposed on the thin plate 3 on the upper surface thereof, so that most of the generated heat is generated at the front end of the glass thin plate 2. It has reached part 2a.
That is, the cooling device 10 is designed to apply a load only to the coolant flow path formed in the thin plate 3 on which the semiconductor laser array is disposed, and the surface area necessary for cooling is ensured only by this flow path. Therefore, a fine flow path pattern has to be adopted.
However, such a micro-channel has a high processing cost, and the flow path is likely to be clogged with fine dust in the cooling liquid, so that the maintenance and maintenance costs such as water quality management of the cooling liquid also increase. there were.

図２４（ａ）〜（ｄ）は、特開平１０−２０９５３１号公報に記載されている従来の別の冷却装置２０の構成を示す分解図および半導体レーザ光源装置として組み立てられた状態を示す斜視図である。冷却装置２０は銅あるいは銅合金等の熱伝導率の高い金属板状部材２１〜２３を積層して形成されており、板状部材２１〜２３には、冷却液の入口開口部２１A、２２Aと２３A、および出口開口部２１B、２２Bと２３Bが形成されている。   24A to 24D are an exploded view showing the configuration of another conventional cooling device 20 described in JP-A-10-209531 and a perspective view showing a state assembled as a semiconductor laser light source device. It is. The cooling device 20 is formed by laminating metal plate-like members 21 to 23 having high thermal conductivity such as copper or copper alloy. The plate-like members 21 to 23 are provided with inlet openings 21A and 22A for cooling liquid and 23A and outlet openings 21B, 22B and 23B are formed.

板状部材２１〜２３は、典型的には２５０μmの厚さを有し、板状部材２１の上面には、前端部２１ａに沿って冷却液の流路として機能する平行な溝２１Ｃが、ピッチ４００〜５００μｍ、典型的には深さが１３０μｍ、幅が３００〜３５０μｍのサイズで形成されている。溝２１Ｃは、畝２１ｃにより画成され、畝２１ｃは冷却液入口２１Ａに向かって延在する。   The plate-like members 21 to 23 typically have a thickness of 250 μm, and on the upper surface of the plate-like member 21, parallel grooves 21C functioning as coolant flow paths along the front end portion 21a are pitched. It is formed in a size of 400 to 500 μm, typically a depth of 130 μm, and a width of 300 to 350 μm. The groove 21C is defined by a flange 21c, and the flange 21c extends toward the coolant inlet 21A.

この結果、溝２１Ｃから入口２１Ａに向かって収斂する溝２１Ｄが形成される。すなわち、入口２１Ａから導入された冷却液は、溝２１Ｄに沿って拡がり、前端面２１ａに隣接した溝２１Ｃに導かれる。   As a result, a groove 21D that converges from the groove 21C toward the inlet 21A is formed. That is, the coolant introduced from the inlet 21A spreads along the groove 21D and is guided to the groove 21C adjacent to the front end face 21a.

板状部材２２は図２４（ｄ）に示すように、板状部材２１上に、開口部２２Ａ，２２Ｂと対応する開口部２１Ａ，２１Ｂにそれぞれ整列させて積層されるが、板状部材２２には、板状部材２１上の溝２１Ｃのそれぞれに対応して、複数の貫通穴２２Ｃが前端面２２ａに沿って形成され、その結果、溝２１Ｃに導入された冷却液は、対応する開口部２２Ｃを通って板状部材２２の上側に到達する。   As shown in FIG. 24D, the plate-like member 22 is laminated on the plate-like member 21 so as to be aligned with the openings 21A and 21B corresponding to the openings 22A and 22B. Corresponds to each of the grooves 21C on the plate-like member 21, and a plurality of through holes 22C are formed along the front end face 22a. As a result, the cooling liquid introduced into the grooves 21C flows into the corresponding openings 22C. It passes through and reaches the upper side of the plate-like member 22.

板状部材２２の上側には板状部材２３が配設されるが、板状部材２３は、板状部材２１と同一の部材を板状部材２２上に裏返した状態で配設することにより得られ、板状部材２１上の溝２１Ｃおよび２１Ｄと同様な溝が下面に形成されている。
ただし、溝２１Ｄに対応する溝は、出口開口部２３Ｂに収束し、板状部材２２の貫通穴２２Ｃを通って流入した冷却液は、板状部材２３に設けられた溝２１Ｃに対応する溝から溝２１Ｄに対応する溝を通って出口開口部２３Ｂに到達する。 The plate-like member 23 is disposed on the upper side of the plate-like member 22. The plate-like member 23 is obtained by disposing the same member as the plate-like member 21 on the plate-like member 22 in an inverted state. In addition, grooves similar to the grooves 21C and 21D on the plate-like member 21 are formed on the lower surface.
However, the groove corresponding to the groove 21 </ b> D converges to the outlet opening 23 </ b> B, and the coolant flowing in through the through hole 22 </ b> C of the plate-like member 22 flows from the groove corresponding to the groove 21 </ b> C provided in the plate-like member 23. It reaches the outlet opening 23B through a groove corresponding to the groove 21D.

図２４に示した従来の冷却装置２０では、板状部材２１〜２３の流路はリソグラフィ技術やレーザビーム加工等を用いることなく、単に溝を化学エッチングにより形成しているため、安価に冷却装置を製造できる。
さらに、薄板部材の材質として、銅あるいは銅合金等の比較的熱伝導率の高い材料を使用しているので、冷却液流路のみに負荷をかけることなく、比較的大きな熱容量を有する熱的に一体の構造体として形成できる。 In the conventional cooling device 20 shown in FIG. 24, since the grooves of the plate-like members 21 to 23 are simply formed by chemical etching without using a lithography technique or laser beam processing, the cooling device is inexpensive. Can be manufactured.
Furthermore, as the material of the thin plate member, a material having a relatively high thermal conductivity such as copper or a copper alloy is used, so that it has a relatively large heat capacity without applying a load only to the coolant flow path. It can be formed as an integral structure.

また、図２４の冷却装置２０では、図２３に示す従来の冷却装置１０の連続したスリット１Cのかわりに互いに孤立した複数の貫通穴を形成することにより熱的に遮断された二つの領域に分割されることがなくなり、熱が隣り合う貫通穴の間の架橋部を介して、一の領域から他の領域に速やかに散逸することが可能である。
さらには、冷却液の流路がマイクロチャネルに比して断面形状の大きな溝であるため、水質維持等のメンテナンスも容易である。 24 is divided into two regions that are thermally blocked by forming a plurality of through holes isolated from each other instead of the continuous slits 1C of the conventional cooling device 10 shown in FIG. Thus, heat can be quickly dissipated from one region to the other through a bridge between adjacent through holes.
Furthermore, since the flow path of the coolant is a groove having a larger cross-sectional shape than the microchannel, maintenance such as water quality maintenance is easy.

図２４の冷却装置２０では、化学エッチングによる溝形成、および熱伝導率の高い金属部材により実質的には熱的に一体の構造物として構成することによって、冷却液流路のみに負荷をかける図２３の従来の冷却装置１０が有する問題点は解決されている。   In the cooling device 20 of FIG. 24, a groove is formed by chemical etching, and a metal member having high thermal conductivity is configured as a substantially thermally integrated structure, whereby a load is applied only to the coolant flow path. The problems of 23 conventional cooling devices 10 have been solved.

しかるに、板状部材２１の上面に前端部２１ａに沿って形成された溝２１Ｃ、および冷却液入口２１Aに向かって収斂する溝２１Dの断面寸法は板状部材の厚さにより規定され、特に溝の深さは板厚の半分程度しかとれないため、依然として微細な寸法の流路であり、冷却液中の塵埃による流路の詰まりの問題は完全には解決されておらず、厳密な水質管理は必要であった。   However, the cross-sectional dimensions of the groove 21C formed along the front end 21a on the upper surface of the plate member 21 and the groove 21D converging toward the coolant inlet 21A are defined by the thickness of the plate member. Since the depth can be only about half of the plate thickness, it is still a fine channel, and the problem of clogging of the channel due to dust in the coolant has not been completely solved. It was necessary.

また、化学エッチングで形成される流路の幅および深さのばらつきにより、複数の溝２１Dに流路抵抗のばらつきが発生するため、冷却液入口２１Aから複数の貫通穴２２Cに導入される冷却液も均等に分配されないおそれがあった。これにより、薄板２３の上面に配設された半導体レーザアレイが長手方向に均一に冷却されないおそれがあり、このような場合、半導体レーザアレイ中で温度差が生じるが、バンドギャップエネルギーの温度依存性の影響の結果、出力波長が半導体レーザアレイを構成する個々の半導体レーザ間で不均一になる問題点が生じた。   In addition, since the variation in the channel resistance occurs in the plurality of grooves 21D due to the variation in the width and depth of the channel formed by chemical etching, the coolant introduced into the plurality of through holes 22C from the coolant inlet 21A. May not be evenly distributed. As a result, the semiconductor laser array disposed on the upper surface of the thin plate 23 may not be uniformly cooled in the longitudinal direction. In such a case, a temperature difference occurs in the semiconductor laser array, but the temperature dependence of the band gap energy. As a result, the problem that the output wavelength becomes nonuniform among the individual semiconductor lasers constituting the semiconductor laser array has arisen.

さらに、前述したように、冷却液入口２１Aおよび冷却液出口２３Bまでの流路断面を大きくとることが困難なため、冷却装置２０自体の圧力損失が大きくなるので、所望流量の冷却液を送給するための送給手段の容量が増大し、装置コストの上昇を招いた。
本発明は、上記従来の冷却装置に見られる課題を解決した、新規で有用な冷却装置と、この冷却装置を備えた半導体レーザ光源装置、ならびに半導体レーザ光源ユニットを提供することを目的とする。 Further, as described above, since it is difficult to increase the cross section of the flow path to the coolant inlet 21A and the coolant outlet 23B, the pressure loss of the cooling device 20 itself increases, so that the coolant having a desired flow rate is supplied. As a result, the capacity of the feeding means increases, and the apparatus cost increases.
It is an object of the present invention to provide a novel and useful cooling device, a semiconductor laser light source device including the cooling device, and a semiconductor laser light source unit that solve the problems found in the conventional cooling device.

本発明に係る冷却装置は、被冷却体を所定の端部に沿って接合させた金属からなる第１の板状部材と、冷却液を導入する入口開口部および前記入口開口部に接続され前記端部に対応する領域の一端に達するよう設けられた冷却液導入溝と、冷却液を排出する出口開口部および前記出口開口部に接続され前記端部に対応する領域の他端に達するよう設けられた冷却液排出溝と、前記被冷却体の長手方向に対応する領域の前記一端から前記他端を連通する冷却用溝と、該冷却用溝中に形成され、前記一端および前記他端において交互に切り離された分岐用の複数の仕切りを有し、前記冷却用溝に冷却液を流すことにより前記被冷却体を冷却する金属からなる第２の板状部材と、前記第２の板状部材と積層した場合に前記第２の板状部材の冷却用溝および複数の仕切りに対して重複するように形成された冷却用溝および複数の仕切りを有し、かつ、該複数の仕切りが前記第２の板状部材の前記
一端および前記他端と異なる位置で交互に切り離された第３の板状部材と、を備えたものである。 The cooling device according to the present invention is connected to the first plate-like member made of metal obtained by joining the objects to be cooled along the predetermined end, the inlet opening for introducing the coolant, and the inlet opening. and as provided coolant introduction groove reaching the end of the region corresponding to the end portion, provided so as to be connected to the outlet opening and the outlet opening for discharging the cooling liquid reaches the other end of the region corresponding to the end portion Formed in the cooling groove, the cooling groove communicating with the other end from the one end of the region corresponding to the longitudinal direction of the body to be cooled, and at the one end and the other end a plurality of partition branch, separated alternately, wherein the cooling groove flowing a coolant and a second plate-like member made of metal to cool the cooled object, the second plate cooling grooves in the the case of stacking a member second plate-like member And it has formed the cooling grooves and a plurality of partition to overlap with respect to a plurality of partitions, and wherein a partition of the plurality of the second plate-like member
And a third plate-like member alternately cut at a position different from the one end and the other end .

このため、溝の断面積が従来構造より大きくとれるので、従来構造に比して加工コストが安く、異物による水路の詰まりや流路による高圧力損失の問題が解決され、また被冷却体の長手方向に沿って溝が設けられているため、被冷却体を効率良く冷却することができる。
さらに、積層数を増やした結果として、被冷却体をより効率的に冷却することが可能となる。 For this reason, since the cross-sectional area of the groove can be larger than that of the conventional structure, the processing cost is lower than that of the conventional structure, the problem of clogging of water channels due to foreign substances and high pressure loss due to the flow path is solved, and the length of the object to be cooled Since the groove is provided along the direction, the object to be cooled can be efficiently cooled.
Furthermore, as a result of increasing the number of stacked layers, the object to be cooled can be cooled more efficiently.

また、上述の第２の板状部材が、被冷却体の長手方向に対して垂直方向に設けられた複数の冷却用溝を有することとしたものである。この結果、従来構造に比して断面積が大きい複数の溝により、被冷却体を効率良く冷却できる。
さらに、上述の第２の板状部材の溝の長さと第３の板状部材の複数個の溝全体の幅が略等しいこととしたので、より効果的に被冷却体を冷却できる。 Further, the second plate-shaped member described above has a plurality of cooling grooves provided in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the body to be cooled. As a result, the object to be cooled can be efficiently cooled by the plurality of grooves having a larger cross-sectional area than the conventional structure.
Furthermore, since the length of the groove of the second plate-shaped member and the width of the plurality of grooves of the third plate-shaped member are substantially equal, the object to be cooled can be cooled more effectively.

また、分岐用の仕切りが冷却フィンの機能を果たし、より効果的に被冷却体を冷却することができる。
さらに、上述の第２の板状部材と第３の板状部材をそれぞれ複数枚交互に積層させて冷却装置を構成するので、より効率的に被冷却体を冷却できる。 Moreover, the partition for a branch fulfill | performs the function of a cooling fin, and can cool a to-be-cooled body more effectively.
Furthermore, since the cooling device is configured by alternately laminating a plurality of the second plate members and the third plate members, the object to be cooled can be cooled more efficiently.

また、本発明に係る半導体レーザ光源装置は、上述の被冷却体を半導体レーザとしたので、本発明の冷却装置により半導体レーザを効率的に冷却することができ、出力波長の均一なレーザ光が得られる。   Further, in the semiconductor laser light source device according to the present invention, since the above-described object to be cooled is a semiconductor laser, the semiconductor laser can be efficiently cooled by the cooling device of the present invention, and laser light with a uniform output wavelength can be obtained. can get.

また、本発明に係る半導体レーザ光源装置は、半導体レーザと上述の第１の板状部材の間に銅タングステン合金又は銅モリブデン合金で構成されているサブマウントが載置されているので、半導体レーザと板状部材の線熱膨張係数との差を緩和し、半導体レーザに発生する歪を抑制することができるので、長期的に安定な動作が可能となる。
また、本発明に係る半導体レーザ光源装置は、上述の冷却装置の下部に接着され、第１の給電端子を具備する第１の給電用板状部材と、冷却装置の上部に絶縁体を介して固着され、一端に半導体レーザの上部と電気的に接続された金属からなる薄板を具備し、他端に第２の給電端子が設けられた第２の給電用板状部材と、を備えているので、電気抵抗の小さい半導体レーザ光源装置が得られる。 In the semiconductor laser light source device according to the present invention, since the submount made of a copper tungsten alloy or a copper molybdenum alloy is placed between the semiconductor laser and the first plate member, the semiconductor laser Since the difference between the linear thermal expansion coefficient of the plate member and the linear thermal expansion coefficient can be relaxed and the distortion generated in the semiconductor laser can be suppressed, stable operation can be achieved over a long period of time.
In addition, a semiconductor laser light source device according to the present invention is bonded to the lower part of the above cooling device, and includes a first power feeding plate member having a first power feeding terminal, and an upper part of the cooling device via an insulator. A second plate member for power feeding provided with a thin plate made of metal which is fixedly attached and electrically connected to the upper part of the semiconductor laser at one end, and provided with a second power feeding terminal at the other end. Therefore, a semiconductor laser light source device having a small electric resistance can be obtained.

また、本発明に係る半導体レーザ光源ユニットは、上述の冷却装置と、半導体レーザ光源装置にシール部材を介して締結部材によって装着され、半導体レーザ光源装置に冷却液を供給する冷却液マニホルドと、を備えているので、各々の半導体レーザ光源装置を配列および固定するための部材が、配列された個々の半導体レーザ光源装置に冷却液を分配、回収するマニホルドの機能を兼ね備えているため、薄型でコンパクトな半導体レーザ光源ユニットを構成することができる。   Further, a semiconductor laser light source unit according to the present invention includes the above-described cooling device, and a cooling fluid manifold that is attached to the semiconductor laser light source device by a fastening member via a seal member and supplies a cooling liquid to the semiconductor laser light source device. Since the member for arranging and fixing each semiconductor laser light source device has the function of a manifold for distributing and recovering the cooling liquid to the arranged semiconductor laser light source devices, it is thin and compact. A simple semiconductor laser light source unit can be configured.

さらに、上述の半導体レーザ光源装置を複数台としたので、より多くの冷却装置を充分に効率よく冷却させつつ、複数の半導体レーザ光源装置を駆動させることができる。
さらに、複数台の半導体レーザ光源装置の第１の給電端子を電気的に接続すべく架橋された第１の給電板と、第２の給電端子を電気的に接続すべく架橋された第２の給電板と、を備えているので、給電が容易でかつ冷却効率に優れた半導体レーザ光源ユニットが得られる。 Furthermore, since a plurality of the above-described semiconductor laser light source devices are provided, it is possible to drive a plurality of semiconductor laser light source devices while cooling more cooling devices sufficiently efficiently.
Further, a first power supply plate that is bridged to electrically connect the first power supply terminals of the plurality of semiconductor laser light source devices and a second power supply that is bridged to electrically connect the second power supply terminals. Since the power supply plate is provided, a semiconductor laser light source unit that is easy to supply power and has excellent cooling efficiency can be obtained.

さらに、複数台の半導体レーザ光源装置に対して別個独立に冷却液が流れることとしたので、効率良く冷却できる半導体レーザ光源ユニットが得られる。
さらに、複数台の冷却装置中の個々の半導体レーザ光源装置に順次冷却液が流れることとしたので、効率良く冷却できる半導体レーザ光源ユニットが得られる。 Furthermore, since the cooling liquid flows separately and independently for the plurality of semiconductor laser light source devices, a semiconductor laser light source unit capable of efficient cooling is obtained.
Further, since the cooling liquid sequentially flows to the individual semiconductor laser light source devices in the plurality of cooling devices, a semiconductor laser light source unit capable of cooling efficiently can be obtained.

本発明に係る冷却装置は、半導体レーザを冷却することにより安定に動作させる冷却装置として有用である。また、本発明に係る半導体レーザ光源装置および半導体レーザ光源ユニットは、例えば、固体レーザ等を励起する光源として有用であり、さらに、本半導体レーザ光源ユニットを装着した固体レーザ装置は、例えば、加工用光源として有用である。   The cooling device according to the present invention is useful as a cooling device that operates stably by cooling a semiconductor laser. The semiconductor laser light source device and the semiconductor laser light source unit according to the present invention are useful, for example, as a light source for exciting a solid laser or the like, and the solid laser device equipped with the semiconductor laser light source unit is, for example, for processing Useful as a light source.

図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態１による冷却装置の構成を示す分解図であり、（ｅ）は、（ａ）〜（ｄ）の部材により構成される積層体を示す斜視図である。1 (a) to 1 (d) are exploded views showing the configuration of the cooling device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1 (e) is a laminate composed of members (a) to (d). FIG. 図２（ａ）は図１のA−A’矢視印断面図であり、（ｂ）は図１のB−B’矢視印断面図である。2A is a cross-sectional view taken along arrow A-A ′ in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along arrow B-B ′ in FIG. 1. 図３は本発明の実施の形態１による他の冷却装置の構成を示す分解図である。FIG. 3 is an exploded view showing the configuration of another cooling device according to Embodiment 1 of the present invention. 図４（ａ）は図３のC−C’矢視印断面図であり、（ｂ）は図３のD−D’矢視印断面図である。4A is a cross-sectional view taken along arrow C-C ′ in FIG. 3, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along arrow D-D ′ in FIG. 3. 図５は本発明の実施の形態２による冷却装置の構成を示す分解図である。FIG. 5 is an exploded view showing a configuration of a cooling device according to Embodiment 2 of the present invention. 図６（ａ）は図５のE−E’矢視印断面図であり、（ｂ）は図５のF−F’矢視印断面図である。6A is a cross-sectional view taken along arrow E-E ′ in FIG. 5, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along arrow F-F ′ in FIG. 5. 図７は本発明の実施の形態２による他の冷却装置の構成を示す分解図である。FIG. 7 is an exploded view showing the configuration of another cooling device according to Embodiment 2 of the present invention. 図８（ａ）は図７のG−G’矢視印断面図であり、（ｂ）は図７のH−H’矢視印断面図である。8A is a cross-sectional view taken along arrow G-G ′ in FIG. 7, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along arrow H-H ′ in FIG. 7. 図９は本発明の実施の形態３による冷却装置の構成を示す分解図である。FIG. 9 is an exploded view showing a configuration of a cooling device according to Embodiment 3 of the present invention. 図１０（ａ）は図９のI−I’矢視印断面図であり、（ｂ）は図９のJ−J’矢視印断面図である。10A is a cross-sectional view taken along arrow I-I ′ in FIG. 9, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along arrow J-J ′ in FIG. 9. 図１１は本発明の実施の形態３による他の冷却装置の構成を示す分解図である。FIG. 11 is an exploded view showing the configuration of another cooling device according to Embodiment 3 of the present invention. 図１２（ａ）は図１１のK−K’矢視印断面図であり、（ｂ）は図１１のL−L’矢視印断面図である。12A is a cross-sectional view taken along arrow K-K ′ in FIG. 11, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along arrow L-L ′ in FIG. 11. 図１３は本発明の実施の形態３による冷却装置において冷却フィンの有無による熱抵抗の変化を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing a change in thermal resistance depending on the presence or absence of cooling fins in the cooling device according to the third embodiment of the present invention. 図１４は本発明の実施の形態４による他の冷却装置の構成を示す外観図である。FIG. 14 is an external view showing the configuration of another cooling device according to Embodiment 4 of the present invention. 図１５は本発明の実施の形態６による半導体レーザ光源装置の外観図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。15A and 15B are external views of a semiconductor laser light source device according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 15A is a top view, FIG. 15B is a side view, and FIG. 15C is a bottom view. 図１６は本発明の実施の形態８による半導体レーザ光源ユニットの構成を示す、側面から見た分解図である。FIG. 16 is an exploded view seen from the side, showing the configuration of the semiconductor laser light source unit according to the eighth embodiment of the present invention. 図１７は本発明の実施の形態８による半導体レーザ光源ユニットを構成する半導体レーザ光源装置の外観図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。17A and 17B are external views of a semiconductor laser light source device constituting a semiconductor laser light source unit according to an eighth embodiment of the present invention. FIG. 17A is a top view, FIG. 17B is a side view, and FIG. . 図１８は本発明の実施の形態８による半導体レーザ光源ユニットの構成を示す外観図であり、（ａ）は後面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。18A and 18B are external views showing the configuration of the semiconductor laser light source unit according to the eighth embodiment of the present invention. FIG. 18A is a rear view, FIG. 18B is a side view, and FIG. 図１９は本発明の実施の形態８による半導体レーザ光源ユニットに使用される給電板の外観図である。FIG. 19 is an external view of a power feeding plate used in the semiconductor laser light source unit according to the eighth embodiment of the present invention. 図２０は本発明の実施の形態９による半導体レーザ光源ユニットに使用される冷却液マニホルドの流路構造を示す図である。FIG. 20 is a view showing a flow path structure of a coolant manifold used in the semiconductor laser light source unit according to the ninth embodiment of the present invention. 図２１は本発明の実施の形態１０による半導体レーザ光源ユニットの構成を示す外観図であり、（ａ）は後面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。21A and 21B are external views showing the configuration of the semiconductor laser light source unit according to the tenth embodiment of the present invention. FIG. 21A is a rear view, FIG. 21B is a side view, and FIG. 図２２は本発明の実施の形態１０による半導体レーザ光源ユニットに使用される給電板の外観図である。FIG. 22 is an external view of a power feeding plate used in the semiconductor laser light source unit according to the tenth embodiment of the present invention. 図２３は従来の半導体レーザアレイの冷却装置の構成を示す分解図である。FIG. 23 is an exploded view showing a configuration of a conventional semiconductor laser array cooling apparatus. 図２４は従来の別の半導体レーザアレイの冷却装置の構成を示す分解図である。FIG. 24 is an exploded view showing the configuration of another conventional semiconductor laser array cooling apparatus.

発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説明するために、添付の図面に従ってこれを説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In order to explain the present invention in more detail, it will be described with reference to the accompanying drawings.

実施の形態１．
図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態１による冷却装置３０Aを備えた半導体レーザ光源装置の構成を示す分解図、図１（ｅ）はかかる半導体レーザ光源装置が組立てられた状態を示す図である。図１において、３１は被冷却体である半導体レーザアレイ３４が接続された金属よりなる板状部材、３２Aおよび３２Bは冷却液の流路として機能する冷却用溝が形成された板状部材、３３は冷却液出入口としての開口部３３ａ,３３ｂが形成された板状部材である。 Embodiment 1 FIG.
1A to 1D are exploded views showing a configuration of a semiconductor laser light source device provided with a cooling device 30A according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1E is an assembly of such a semiconductor laser light source device. FIG. In FIG. 1, reference numeral 31 denotes a plate-like member made of metal to which a semiconductor laser array 34, which is an object to be cooled, is connected, 32A and 32B are plate-like members formed with cooling grooves that function as coolant flow paths, and 33 Is a plate-like member formed with openings 33a and 33b as coolant inlets and outlets.

板状部材３１〜３３の厚さは積層体の厚さや積層枚数および冷却液流路を構成するための溝のパターン等から決定されるが、典型的にはそれぞれ100〜500μm程度の板状部材が選択される。
板状部材３２Aおよび３２Bには、板状部材３３に形成された冷却液出入口３３ａおよび３３ｂより導入および排出される冷却液の流路として機能する溝３２ａおよび３２ｄが形成される。さらに、板状部材３２Ａには、板状部材３１上に接合された半導体レーザアレイ３４の直下に近接する位置に、半導体レーザアレイ３４の長手方向に沿って複数の（図１では２本）仕切り３２ｂが形成されており、この仕切り３２ｂによって形成された複数の冷却用溝３２ｃ（図１では３本）が半導体レーザアレイ３４の長手方向に沿った複数の冷却液流路として機能する。
板状部材３１〜３３は積層されて、公知の液相拡散接合等の方法により接合され、図１（ｅ）に示すような内部に流路が形成された冷却装置３０Aとなる。かかる冷却装置３０Aでは、流路を形成する板状部材３２は、上面および下面の板状部材３１および３３と熱的、機械的に接続される。 The thickness of the plate-like members 31 to 33 is determined from the thickness of the laminated body, the number of laminated layers, the groove pattern for constituting the coolant flow path, and the like. Is selected.
The plate members 32A and 32B are formed with grooves 32a and 32d that function as flow paths for the coolant introduced and discharged from the coolant inlets and outlets 33a and 33b formed in the plate member 33. Furthermore, the plate-like member 32A has a plurality of (two in FIG. 1) partitions along the longitudinal direction of the semiconductor laser array 34 at positions close to the semiconductor laser array 34 joined on the plate-like member 31. A plurality of cooling grooves 32 c (three in FIG. 1) formed by the partitions 32 b function as a plurality of coolant flow paths along the longitudinal direction of the semiconductor laser array 34.
The plate-like members 31 to 33 are laminated and joined by a known method such as liquid phase diffusion joining, so that a cooling device 30A having a flow path formed therein as shown in FIG. In the cooling device 30A, the plate-like member 32 forming the flow path is thermally and mechanically connected to the upper and lower plate-like members 31 and 33.

図2（ａ）は、冷却装置３０Aの中心軸を通る線に沿った断面、すなわち図１のA−A’矢視印断面図、図2（ｂ）は冷却装置３０Aの冷却液流路として機能する溝３２ａおよび３２ｄに沿った断面、すなわち図１のB−B’矢視印断面図である。図2（ａ）に示すように、冷却液流路のための溝３２ａおよび３２ｄが形成されていない中心軸付近の流路は、仕切り３２ｂにより小さな冷却用溝３２ｃに分離され、しかも仕切り３２ｂは上下面の板状部材３１、３２Ｂと機械的および熱的に接続されている。
なお、本発明における溝の典型的な断面のサイズは、幅２ｍｍ程度、深さは板状部材３２と同一、すなわち１００〜５００μｍ程度で、従来例のマイクロチャネルの幅25μｍ、深さ１２５μｍに比して格段に大きい。 2A is a cross section taken along a line passing through the central axis of the cooling device 30A, that is, a cross-sectional view taken along the line AA 'in FIG. 1, and FIG. 2B is a coolant flow path of the cooling device 30A. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the functioning grooves 32a and 32d, that is, a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. As shown in FIG. 2 (a), the flow path in the vicinity of the central axis where the grooves 32a and 32d for the coolant flow path are not formed is separated into small cooling grooves 32c by the partition 32b, and the partition 32b is It is mechanically and thermally connected to the plate-like members 31 and 32B on the upper and lower surfaces.
The typical cross-sectional size of the groove in the present invention is about 2 mm wide and the depth is the same as the plate-like member 32, that is, about 100 to 500 μm, which is compared with the conventional microchannel width of 25 μm and depth of 125 μm. And it is much bigger.

次に、かかる冷却装置３０Aの動作について説明する。板状部材３３に設けられた冷却
液入口３３ａより導入された冷却液は、板状部材３２Ａおよび３２Ｂに形成された溝３２ｄおよび溝３２ａを介して、板状部材３１上に接合された半導体レーザアレイ３４の直下に近接する位置で、半導体レーザアレイ３４の長手方向に沿って形成された複数の冷却用溝３２ｃへと導かれる。
冷却用溝３２ｃに導入された冷却液は、半導体レーザアレイ３４の長手方向に沿って流れ、板状部材３２Ａおよび３２Ｂのもう一方の側に形成された溝３２ａおよび３２ｄを流れた後、板状部材３３の冷却液出口３３ｂより排出される。
かかる冷却装置３０Aでは、半導体レーザアレイ３４から発生する熱は、板状部材３１
中の冷却液入口および出口開口部に接した方向に沿って拡がりながら伝導すると同時に、板状部材３１から隣接する板状部材３２Ａ，３２Ｂへも伝導して行く。さらに、板状部材３２に到達した熱は板状部材３２Ａ，３２Ｂ中を伝導すると同時に隣接する板状部材３３にも伝導する。 Next, the operation of the cooling device 30A will be described. The coolant introduced from the coolant inlet 33a provided in the plate member 33 is joined to the plate member 31 via the grooves 32d and 32a formed in the plate members 32A and 32B. The light is guided to a plurality of cooling grooves 32 c formed along the longitudinal direction of the semiconductor laser array 34 at a position immediately below the array 34.
The cooling liquid introduced into the cooling groove 32c flows along the longitudinal direction of the semiconductor laser array 34, and flows through the grooves 32a and 32d formed on the other side of the plate-like members 32A and 32B. It is discharged from the coolant outlet 33b of the member 33.
In the cooling device 30A, the heat generated from the semiconductor laser array 34 is generated by the plate-like member 31.
And simultaneously conducting while spreading along the coolant inlet and the direction in contact with the outlet opening in the plate-shaped member 32A adjacent the plate member 31, rather than line by conduction also to 32B. Further, the heat that has reached the plate-like member 32 is conducted through the plate-like members 32 </ b> A and 32 </ b> B and is also conducted to the adjacent plate-like member 33.

本実施の形態では、板状部材３２Ａで半導体レーザアレイ３４から最も多量の熱が伝導する前端部に冷却液流路を複数に分流させる仕切り３２ｂを設け、かかる仕切り３２ｂが上下面の板状部材３１および３３と熱的に接続されているので、仕切り３２ｂ自体も冷却フィンとして作用することにより、熱は効率的に冷却液にまで伝導して、冷却液の排出とともに冷却装置３０A外へと除去される。   In the present embodiment, a partition 32b that divides the coolant flow path into a plurality of parts is provided at the front end where the most heat is conducted from the semiconductor laser array 34 by the plate member 32A, and the partition 32b is a plate member on the upper and lower surfaces. Since it is thermally connected to 31 and 33, the partition 32b itself also acts as a cooling fin, so that heat is efficiently conducted to the cooling liquid and removed to the outside of the cooling device 30A as the cooling liquid is discharged. Is done.

このように、冷却装置３０Aは、実質的に熱的に一体の構造物として構成されており、この結果、半導体レーザアレイ３４から発生した熱は３次元的に効率良く伝導して、冷却装置３０Ａを流れる冷却液により除去されるので、効率よく冷却することが可能である。
また、冷却装置３０Aを構成する積層体は金属のみで構成されているので、半導体レーザ光源装置の電気抵抗を低減し、不要なジュール熱の発生を抑制することができる。さらに、冷却液流路を内部に具備する積層体は、液相拡散接合等の方法により一体化されているため、冷却液漏れの問題は長期的にも回避される。 Thus, the cooling device 30A is configured as a substantially thermally integrated structure. As a result, the heat generated from the semiconductor laser array 34 is efficiently conducted three-dimensionally, and the cooling device 30A. Therefore, it is possible to cool efficiently.
Moreover, since the laminated body which comprises the cooling device 30A is comprised only with the metal, the electrical resistance of a semiconductor laser light source device can be reduced and generation | occurrence | production of an unnecessary Joule heat can be suppressed. Furthermore, since the laminated body which has a cooling fluid flow path is integrated by methods, such as liquid phase diffusion joining, the problem of a cooling fluid leak is avoided also for a long term.

また、上述したように冷却装置３０A内部の熱抵抗が小さいので、非常に微細な流路を形成する必要もなく、化学エッチングに代表される安価な製造方法で冷却液流路用の溝３２ａ等を形成することができ、流路の設計に関しても自由度が高いメリットがある。このように、マイクロチャネルに比して断面形状の大きな溝を形成できるので、塵埃除去等の水質管理も容易となる。   Further, as described above, since the heat resistance inside the cooling device 30A is small, it is not necessary to form a very fine flow path, and the groove 32a for the coolant flow path is formed by an inexpensive manufacturing method typified by chemical etching. There is an advantage that the degree of freedom is high with respect to the design of the flow path. Thus, since a groove having a larger cross-sectional shape can be formed as compared with the microchannel, water quality management such as dust removal is facilitated.

さらに、冷却液の流れが半導体レーザアレイ３４の長手方向と一致するように冷却液流路を形成しているため、従来の冷却装置で発生したような流路断面の寸法ばらつきによる冷却液流量の偏りに起因した冷却の不均一は発生しない。
また、万一塵埃によって一部の流路に詰まりが発生した場合においても、複数の冷却用溝３２ｃを用いて冷却液を被冷却体の長手方向に沿って流しているため、極端な冷却の不均一は起こらない。 Further, since the cooling liquid flow path is formed so that the flow of the cooling liquid coincides with the longitudinal direction of the semiconductor laser array 34, the flow rate of the cooling liquid due to the dimensional variation in the cross section of the flow path as generated in the conventional cooling device is reduced. There is no non-uniform cooling due to bias.
Even in the event that clogging occurs in some of the flow paths due to dust, the cooling liquid is caused to flow along the longitudinal direction of the body to be cooled using the plurality of cooling grooves 32c. Non-uniformity does not occur.

本実施の形態の冷却装置３０Aでは、板状部材３２Ａにも、冷却液を導入あるいは排出するための溝３２ａを形成した構成を示したが、上述の板状部材３２Ｂに形成された溝３２ｄのみでも冷却液の導入あるいは排出は可能である。したがって、多量の冷却液を必要とせず、冷却装置３０A内の圧力損失が問題とならない場合には、特に上述の溝３２ａを形成する必要はない。   In the cooling device 30A of the present embodiment, the configuration in which the groove 32a for introducing or discharging the coolant is formed also in the plate member 32A is shown, but only the groove 32d formed in the plate member 32B described above is shown. However, it is possible to introduce or discharge the coolant. Therefore, when the large amount of coolant is not required and the pressure loss in the cooling device 30A does not become a problem, it is not necessary to form the groove 32a.

また、図１の冷却装置３０Aでは、冷却液流路として機能する溝が形成された板状部材３２Ａおよび３２Ｂをそれぞれ１枚ずつ積層した構成を示したが、図３に示すように板状部材３２Ａおよび板状部材３２Ｂを交互にして複数積層した冷却装置構造３０Ｂのように構成しても良い。積層数を増やすことにより、被冷却体である半導体レーザアレイ３４をより効率的に冷却することが可能となるからである。   Further, in the cooling device 30A of FIG. 1, the configuration in which the plate-like members 32A and 32B each having a groove functioning as a coolant flow path are stacked one by one is shown. However, as shown in FIG. You may comprise like the cooling device structure 30B which laminated | stacked multiple 32A and the plate-shaped member 32B alternately. This is because by increasing the number of stacked layers, it is possible to cool the semiconductor laser array 34 that is the object to be cooled more efficiently.

図４（ａ）は、板状部材３２Ａおよび板状部材３２Ｂをそれぞれ２枚ずつ積層した場合における積層体３０Bの中心軸に沿った断面図、すなわち図３の各板状部材が積層された場合のC−C’矢視印断面図であり、図４（ｂ）は、積層体３０Ｂの冷却液流路として機能する溝３２ａおよび溝３２ｄに沿った断面における断面、すなわち、図３の各板状部材が積層された場合のD−D’矢視印断面図である。   FIG. 4A is a cross-sectional view taken along the central axis of the laminate 30B when two plate-like members 32A and two plate-like members 32B are laminated, that is, when the plate-like members of FIG. 3 are laminated. 4B is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 4, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the grooves 32a and 32d functioning as the coolant flow path of the laminate 30B, that is, the respective plates in FIG. It is DD 'arrow directional cross-sectional view at the time of a cylindrical member being laminated | stacked.

このように、複数組の板状部材３２Ａおよび３２Ｂを積層する場合には、板状部材３２Ａに冷却液導入あるいは排出用の溝３２ａを形成しておく必要がある。   Thus, when a plurality of sets of plate-like members 32A and 32B are stacked, it is necessary to form a groove 32a for introducing or discharging a coolant in the plate-like member 32A.

実施の形態２．
実施の形態１では、板状部材３２Ｂにおいて、半導体レーザアレイ３４が接続された位置の下面に近接する位置には冷却液の流路として機能する溝が形成されていなかったが、図５に示すように、板状部材３２Cに板状部材３２Ａの冷却用溝３２ｃ中の冷却液の流れに対して垂直なスリット状の冷却用溝３２ｅを一定の間隔で形成しても良い。
図６（ａ）は、かかる板状部材３２Ｃを用いて形成された冷却装置３０Cにおいて、スリット状の冷却用溝３２ｅが形成された位置における冷却液流路の断面図、すなわち、図５の各板状部材が積層された場合のE−E’矢視印断面図を示しており、図６（ｂ）は、隣り合うスリット状の冷却用溝３２ｅの間の仕切り３２ｆが存在する位置における冷却液流路の断面図、すなわち図５の各板状部材が積層された場合のF−F’矢視印断面図を示している。 Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, in the plate-like member 32B, a groove functioning as a coolant flow path is not formed at a position close to the lower surface of the position where the semiconductor laser array 34 is connected. Thus, the slit-like cooling grooves 32e perpendicular to the flow of the cooling liquid in the cooling grooves 32c of the plate-like member 32A may be formed in the plate-like member 32C at regular intervals.
FIG. 6A is a cross-sectional view of the coolant flow path at the position where the slit-like cooling groove 32e is formed in the cooling device 30C formed using the plate-like member 32C, that is, each of FIG. FIG. 6B shows a cross-sectional view taken along the line EE ′ when the plate-like members are stacked, and FIG. 6B shows cooling at a position where a partition 32 f exists between adjacent slit-like cooling grooves 32 e. Sectional drawing of a liquid flow path, ie, the FF 'arrow directional cross-sectional view at the time of laminating | stacking each plate-shaped member of FIG. 5, is shown.

スリット状の冷却用溝３２ｅは半導体レーザアレイ３４の長手方向に沿って、一定のピッチで複数個配列されているので、図６（ａ）に示された流路は、同図の紙面垂直方向にスリット状の冷却用溝３２ｅの幅に相当する冷却液流路の長さを具備し、図６（ｂ）に示された流路は、同図の紙面垂直方向に隣り合うスリット状の冷却用溝間に形成される仕切り３２ｆの幅に相当する冷却液流路の長さを具備しており、このような流路がスリット状の冷却用溝３２ｅの数に応じて交互に繰り返される。すなわち、板状部材３２Ｂに形成されたスリット状の冷却用溝３２ｅの数に応じて、冷却装置３０Ｃに導入された冷却液は図６（ａ）および（ｂ）に示した断面を交互に繰り返して流れることになる。   Since a plurality of slit-shaped cooling grooves 32e are arranged at a constant pitch along the longitudinal direction of the semiconductor laser array 34, the flow path shown in FIG. 6 (b) has a slit-like cooling channel adjacent to the vertical direction of the drawing in FIG. 6 (b). The length of the coolant channel corresponding to the width of the partition 32f formed between the grooves is provided, and such a channel is alternately repeated according to the number of the slit-like cooling grooves 32e. That is, according to the number of slit-shaped cooling grooves 32e formed in the plate-like member 32B, the coolant introduced into the cooling device 30C repeats the cross section shown in FIGS. 6A and 6B alternately. Will flow.

このような流路が形成された冷却装置３０Ｃにおいては、実施の形態１による冷却装置と同様の効果が得られるとともに、半導体レーザアレイ３４が接続された位置の下面における冷却液流路の断面形状が、スリット状の冷却用溝３２ｅと仕切り３２ｆの幅に相当する間隔で繰り返し変化するため、冷却液の流れを効果的に撹拌し、境界層の形成を抑制することにより冷却効率をさらに向上することができる。   In the cooling device 30C in which such a channel is formed, the same effect as that of the cooling device according to the first embodiment is obtained, and the cross-sectional shape of the cooling fluid channel on the lower surface where the semiconductor laser array 34 is connected is obtained. However, since it repeatedly changes at an interval corresponding to the width of the slit-shaped cooling groove 32e and the partition 32f, the cooling efficiency is further improved by effectively stirring the flow of the cooling liquid and suppressing the formation of the boundary layer. be able to.

なお、実施の形態２においても、実施の形態１で示した冷却装置３０Ａと同様、図７に示すように、板状部材３２Ａおよび板状部材３２Ｃを交互にしてそれぞれを複数積層して構成しても良い。図７では、板状部材３２Ａを２枚と３２Ｃを１枚とした構成としており、この場合の流路の断面形状は、図７の各板状部材が積層された場合のG−G’矢視印断面を表した図８（ａ）およびH−H’矢視印断面図を表した図８（ｂ）に示したものとなる。
冷却装置３０Ｄをかかる構成にすれば、図５に示した冷却装置３０Ｃに比較して、冷却液と接触する流路の表面積が増大するので、冷却効率をさらに高めることが可能である。なお、上記の構成は板状部材３２Ａ及び３２Ｃを複数枚重ねて構成した冷却装置３０Ｄの一例であって、さらに多数の部材を積層して構成することもできる。 In the second embodiment, similarly to the cooling device 30A shown in the first embodiment, as shown in FIG. 7, a plurality of plate members 32A and plate members 32C are alternately stacked. May be. In FIG. 7, two plate members 32A and one 32C plate are used, and the cross-sectional shape of the flow path in this case is the GG ′ arrow when the plate members in FIG. 7 are stacked. This is shown in FIG. 8A showing the cross section of the mark and FIG. 8B showing the cross section of the mark HH ′.
When the cooling device 30D is configured as described above, the surface area of the flow channel in contact with the cooling liquid is increased as compared with the cooling device 30C illustrated in FIG. 5, so that the cooling efficiency can be further increased. The above-described configuration is an example of the cooling device 30D configured by stacking a plurality of plate-like members 32A and 32C, and can be configured by stacking a larger number of members.

実施の形態３．
図９（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態３による冷却装置３０Ｅを備えた半導体レーザ光源装置の構成を示す分解図である。図９において、実施の形態１による冷却装置と同一もしくは同等の部材については図１と同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
実施の形態３において、半導体レーザアレイ３４が接続された板状部材３１および冷却液出入口のための開口部が形成された板状部材３３については、上述の実施の形態１に示された部材と同一のものが用いられる。 Embodiment 3 FIG.
FIGS. 9A to 9D are exploded views showing the configuration of the semiconductor laser light source device including the cooling device 30E according to the third embodiment of the present invention. 9, the same or equivalent members as those in the cooling device according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1, and detailed description thereof is omitted.
In the third embodiment, the plate-like member 31 to which the semiconductor laser array 34 is connected and the plate-like member 33 in which the opening for the coolant inlet / outlet is formed are the same as those described in the first embodiment. The same thing is used.

図９（ｂ）において、板状部材３２Ｄには、冷却液を導入あるいは排出するための流路として機能する溝３２ｇが両側面近傍に形成され、板状部材３１上に接合された半導体レーザアレイ３４の直下に近接する位置に、半導体レーザアレイ３４の長手方向に溝３２ｇと連続して形成された冷却用溝３２ｈを具備する。   In FIG. 9B, a semiconductor laser array in which grooves 32 g functioning as flow paths for introducing or discharging the cooling liquid are formed in the vicinity of both side surfaces of the plate-like member 32 </ b> D and bonded onto the plate-like member 31. A cooling groove 32 h formed continuously with the groove 32 g in the longitudinal direction of the semiconductor laser array 34 is provided at a position close to directly below the semiconductor laser array 34.

冷却用溝３２ｈは、一端は上述の板状部材３２Ｄと接続され、他端が板状部材３２Ｄから切り離されて櫛状に形成された複数の分岐３２ｉによって、複数の溝に分岐されている。
また、複数の櫛状分枝３２ｉと板状部材３２Ｄとの接続部は、板状部材３２Ｄの両側面に交互に設けられている。
図９（ｃ）に示した板状部材３２Ｅは、上述の板状部材３２Ｄと同様な冷却用溝３２ｊが形成されており、半導体レーザアレイ３４の直下に近接する位置の流路が、分枝３２ｋにより複数の流路に分岐されている。
ただし、板状部材３２Ｄと板状部材３２Ｅを積層した際に、分枝３２ｋと板状部材３２Ｅの接続部の位置と、分枝３２ｉと板状部材３２Ｄとの接続部の位置とが互いに一致しないように、板状部材３２Ｄと板状部材３２Ｅとが互いに中心軸に対して対称なパターンを呈している。 One end of the cooling groove 32h is connected to the above-described plate member 32D, and the other end is branched into a plurality of grooves by a plurality of branches 32i that are separated from the plate member 32D and formed in a comb shape.
Further, the connection portions between the plurality of comb-like branches 32i and the plate member 32D are alternately provided on both side surfaces of the plate member 32D.
The plate-like member 32E shown in FIG. 9C is formed with a cooling groove 32j similar to the above-described plate-like member 32D, and the flow path at a position close to directly below the semiconductor laser array 34 is branched. Branched into a plurality of flow paths by 32k.
However, when the plate-like member 32D and the plate-like member 32E are stacked, the position of the connecting portion between the branch 32k and the plate-like member 32E is coincident with the position of the connecting portion between the branch 32i and the plate-like member 32D. Therefore, the plate-like member 32D and the plate-like member 32E have a symmetrical pattern with respect to the central axis.

図１０（ａ）は、冷却装置３０Ｅの中心軸に沿った断面図、すなわち図９の各板状部材が積層された場合のI−I’矢視印断面図、図１０（ｂ）は冷却装置３０Ｅの冷却液流路として機能する溝３２ｇに沿った断面図、すなわち図９の各板状部材が積層された場合のJ−J’矢視印断面図である。図１０（ａ）に示すように、半導体レーザアレイ３４の長手方向に沿った流路が形成されている中心軸付近の流路は、板状部材３２Ｄに形成された分枝３２ｉおよび板状部材３２Ｅに形成された分枝３２ｋにより複数の流路に分岐される。
さらに、これらの分枝３２ｉおよび３２ｋは、上下面に積層される板状部材３１および板状部材３３と機械的、熱的に接続され冷却液の流れ方向に沿った冷却フィンを構成する。 10A is a cross-sectional view along the central axis of the cooling device 30E, that is, a cross-sectional view taken along the line II ′ when the plate-like members of FIG. 9 are stacked, and FIG. 10B is a cooling view. It is sectional drawing along the groove | channel 32g which functions as a cooling fluid flow path of the apparatus 30E, ie, JJ 'arrow cross-sectional view at the time of laminating | stacking each plate-shaped member of FIG. As shown in FIG. 10A, the flow path in the vicinity of the central axis in which the flow path along the longitudinal direction of the semiconductor laser array 34 is formed includes the branch 32i formed on the plate member 32D and the plate member. The branch 32k formed in 32E is branched into a plurality of flow paths.
Further, these branches 32i and 32k are mechanically and thermally connected to the plate-like member 31 and the plate-like member 33 stacked on the upper and lower surfaces, and constitute cooling fins along the flow direction of the coolant.

また、半導体レーザアレイ３４の直下近傍に位置する冷却液流路の断面は、図１０（ｂ）に示すように分枝と板状部材の接続部が板状部材３２Ｄと３２Ｅで交互に現れるように構成されている。
以上のように構成された実施の形態３による冷却装置３０Ｅについても、実施の形態１で示した装置３０Ａで述べた種々の効果と同様の効果を得ることができる。
さらに、実施の形態１で示した冷却装置３０Ａと同じ枚数の板状部材で、より大きな流路断面を有する流路が構成できるので、冷却装置３０Ｅ内を流す冷却液流量を増大させることができ、さらには冷却液と接触する流路の面積も増大するため、冷却効率をさらに高めることが可能である。 Further, in the cross section of the coolant flow path located in the immediate vicinity of the semiconductor laser array 34, as shown in FIG. 10B, the connecting portions of the branches and the plate-like members appear alternately at the plate-like members 32D and 32E. It is configured.
The cooling device 30E according to the third embodiment configured as described above can achieve the same effects as the various effects described in the device 30A shown in the first embodiment.
Furthermore, since the flow path having a larger flow path cross section can be configured with the same number of plate-like members as the cooling apparatus 30A shown in the first embodiment, the flow rate of the coolant flowing through the cooling apparatus 30E can be increased. In addition, since the area of the flow path in contact with the cooling liquid increases, the cooling efficiency can be further increased.

実施の形態３に示した冷却装置３０Ｅでは、冷却液流路として機能する溝が形成された板状部材３２Ｄおよび３２Ｅをそれぞれ１枚ずつ積層した構成を示したが、図１１に示すように、冷却装置３０Ｆを板状部材３２Ｄおよび板状部材３２Ｅを交互にして複数積層して構成しても良い。
なお、交互に複数枚積層したそれぞれの板状部材３２Ｄと３２Ｅの枚数は、図１１のように同数であっても良いし、あるいは３２Ｅが1枚少ないような構成であっても良い。 In the cooling device 30E shown in the third embodiment, the configuration is shown in which the plate-like members 32D and 32E each having a groove functioning as a coolant flow path are stacked one by one. As shown in FIG. The cooling device 30F may be configured by laminating a plurality of plate members 32D and plate members 32E alternately.
It should be noted that the number of the plate-like members 32D and 32E that are alternately stacked may be the same as shown in FIG. 11, or may be configured such that 32E is reduced by one.

図１２（ａ）は、実施の形態３に示した冷却装置において、板状部材３２Ｄおよび板状部材３２Ｅをそれぞれ２枚ずつ積層した場合における冷却装置３０Ｆの中心軸に沿った断面図、すなわち、図１１の各板状部材が積層された場合のK−K’矢視印断面図であり、図１２（ｂ）は、冷却装置３０Ｆの冷却液流路として機能する溝３２ｇに沿った断面図、すなわち、図１１の各板状部材が積層された場合のL−L’矢視印断面図である。   FIG. 12A is a cross-sectional view along the central axis of the cooling device 30F in the case where two plate-like members 32D and two plate-like members 32E are stacked in the cooling device shown in the third embodiment, that is, FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line KK ′ when the plate-like members in FIG. 11 are stacked, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along a groove 32g that functions as a coolant flow path of the cooling device 30F. That is, FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line LL ′ when the plate-like members in FIG. 11 are stacked.

図１０に示した場合と同様、半導体レーザアレイ３４の長手方向に沿った流路が形成されている中心軸付近の流路は、板状部材３２Ｄに形成された分枝３２ｉおよび板状部材３２Ｅに形成された分枝３２ｋにより、さらに複数の流路に分岐される。
これらの分枝３２ｉおよび３２ｋは、上下面に積層される板状部材３１および板状部材３３と機械的、熱的に接続され冷却液の流れ方向に沿った冷却フィンを構成する。
また、半導体レーザアレイ３４の端面付近に位置する冷却液流路の断面は、図１２（ｂ）に示すように分枝３２ｉと板状部材の接続部が、板状部材３２Ｄと３２Ｅで垂直および水平方向に交互に現れるように構成されている。
このような構成とすることにより、より大きな流路断面を有する流路が構成できるので、冷却装置３０Ｅ内を流す冷却液流量を増大させることができ、さらには冷却液と接触する流路の面積も増大するので、半導体レーザアレイ３４の発熱量が増大した場合にも高い冷却効率を維持できる。 Similar to the case shown in FIG. 10, the flow path in the vicinity of the central axis in which the flow path along the longitudinal direction of the semiconductor laser array 34 is formed includes the branch 32i formed on the plate-like member 32D and the plate-like member 32E. The branches 32k formed in the above are further branched into a plurality of flow paths.
These branches 32i and 32k are mechanically and thermally connected to the plate-like member 31 and the plate-like member 33 stacked on the upper and lower surfaces and constitute cooling fins along the flow direction of the coolant.
Further, the cross section of the coolant flow path located near the end face of the semiconductor laser array 34 is shown in FIG. 12 (b), where the branch 32i and the plate-like member connecting portion are vertical and the plate-like members 32D and 32E are It is configured to appear alternately in the horizontal direction.
By adopting such a configuration, a channel having a larger channel cross section can be configured, so that the flow rate of the coolant flowing through the cooling device 30E can be increased, and further, the area of the channel contacting the coolant Therefore, even when the amount of heat generated by the semiconductor laser array 34 increases, high cooling efficiency can be maintained.

図９に示した冷却装置３０Ｅにおける分枝３２ｉおよび３２ｋによる冷却フィンの効果を確かめるため、比較実験を行った。図１３に実験結果を示す。なお、冷却流路を流れる冷却水量は０．５リットル／分である。図１３から明らかなように、冷却フィンの無い構造では熱抵抗が平均０．８６K／Wであるのに対し、冷却フィンを有する冷却装置３０Eでは平均０．６７K／Wに低減しており、本発明の冷却装置３０Ｅの効果を実証することができた。   In order to confirm the effect of the cooling fins by the branches 32i and 32k in the cooling device 30E shown in FIG. 9, a comparative experiment was conducted. FIG. 13 shows the experimental results. The amount of cooling water flowing through the cooling channel is 0.5 liter / min. As is clear from FIG. 13, the thermal resistance is 0.86 K / W on average in the structure without cooling fins, whereas it is reduced to 0.67 K / W on average in the cooling device 30E having cooling fins. The effect of the cooling device 30E of the invention could be verified.

実施の形態４．
図１４は、本発明の実施の形態４による冷却装置３０Ｇを備えた半導体レーザ光源装置の構成を示す図である。図１４において、実施の形態１〜３による冷却装置と同一もしくは同等の部材については同一の番号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施の形態４では、先の実施の形態１〜３に示した冷却装置において、被冷却体である半導体レーザアレイ３４と、冷却装置３０Ｇを構成している板状部材３１との熱的、機械的な接合に、半導体レーザアレイ３４の構成材料（主にガリウム砒素、GaAs）の線熱膨張係数と板状部材３１の構成材料（代表的にはCu）の線熱膨張係数の中間的な値を有する材料で形成されたサブマウント３５が介されている。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a semiconductor laser light source device including a cooling device 30G according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 14, the same or equivalent members as those in the cooling devices according to the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In the fourth embodiment, in the cooling device shown in the first to third embodiments, the semiconductor laser array 34 that is the object to be cooled and the plate-like member 31 constituting the cooling device 30G are thermally connected. For mechanical bonding, the linear thermal expansion coefficient of the constituent material of the semiconductor laser array 34 (mainly gallium arsenide, GaAs) and the linear thermal expansion coefficient of the constituent material of the plate-like member 31 (typically Cu) are intermediate. A submount 35 made of a material having a value is interposed.

すなわち、板状部材３１、サブマウント材料、半導体レーザアレイの構成材料、各々の線膨張係数は、
板状部材＞サブマウント材料＞半導体レーザアレイの構成材料 （１）
という関係が成立するよう、サブマウント材料が選択されている。 That is, the plate-like member 31, the submount material, the constituent material of the semiconductor laser array, and the linear expansion coefficient of each
Plate member> Submount material> Constituent material of semiconductor laser array
The submount material is selected so that this relationship is established.

このサブマウント３５の材料は、半導体レーザアレイ３４の構成材料が最も一般的なガリウム砒素（ＧａＡｓ）の場合では、上述の不等式（１）の関係を満足する銅タングステン（CuW）、銅モリブデン（CuMo）等の銅（Cu）と高融点金属の合金が好適である。
上記のような構成とすることにより、半導体レーザアレイ３４から見た冷却装置３０Ｇの熱抵抗は、サブマウント３５を介さずに直接半導体レーザアレイ３４を板状部材３１に接続する場合に比べて増加する傾向にあるが、サブマウント３５を極めて薄く、具体的には100〜300μm程度の厚さで形成することにより、わずかな熱抵抗の増加に抑えることが可能である。 The material of the submount 35 is copper tungsten (CuW) or copper molybdenum (CuMo) satisfying the relationship of the above inequality (1) when the constituent material of the semiconductor laser array 34 is the most common gallium arsenide (GaAs). An alloy of copper (Cu) and a refractory metal such as) is preferable.
With the above configuration, the thermal resistance of the cooling device 30G as viewed from the semiconductor laser array 34 is increased as compared with the case where the semiconductor laser array 34 is directly connected to the plate-like member 31 without using the submount 35. However, it is possible to suppress a slight increase in thermal resistance by forming the submount 35 very thin, specifically, with a thickness of about 100 to 300 μm.

サブマウント３５を介さずに直接半導体レーザアレイ３４を板状部材３１に接続すると、レーザ発振時に双方を構成する材料の線熱膨張係数の差によって、半導体レーザアレイ３４に機械的歪が発生し、半導体レーザアレイ３４が破壊される危険性が高くなる。
実施の形態４では、サブマウント３５を介して半導体レーザアレイ３４を冷却装置３０Ｇに熱的、機械的に接続することにより、板状部材３１の線熱膨張係数との差を緩和し、半導体レーザアレイ３４に発生する歪を抑制することができるので、長期的に安定な動作が可能となる。 When the semiconductor laser array 34 is directly connected to the plate-shaped member 31 without passing through the submount 35, mechanical distortion occurs in the semiconductor laser array 34 due to the difference in linear thermal expansion coefficients of the materials constituting both during laser oscillation, There is an increased risk of the semiconductor laser array 34 being destroyed.
In the fourth embodiment, the semiconductor laser array 34 is thermally and mechanically connected to the cooling device 30G via the submount 35, so that the difference from the linear thermal expansion coefficient of the plate member 31 is reduced. Since distortion generated in the array 34 can be suppressed, stable operation can be performed for a long time.

実施の形態５．
実施の形態１〜３に示した冷却装置では、積層体を構成する各々の板状部材は、代表的にはCu等の熱伝導率に優れた金属材料を用い、全て同一の材料によって構成されていた。
一方、実施の形態５による冷却装置では、先の実施の形態１〜３に示した冷却装置において、半導体レーザアレイ３４が接合された板状部材３１が、半導体レーザアレイの構成材料の線熱膨張係数に近似した値を有する材料、具体的にはCuW、CuMo等で構成されてい
る。 Embodiment 5 FIG.
In the cooling devices shown in the first to third embodiments, each plate-like member constituting the laminate is typically made of the same material using a metal material having excellent thermal conductivity such as Cu. It was.
On the other hand, in the cooling device according to the fifth embodiment, the plate-like member 31 to which the semiconductor laser array 34 is joined is the linear thermal expansion of the constituent material of the semiconductor laser array in the cooling device shown in the first to third embodiments. It is made of a material having a value approximate to the coefficient, specifically, CuW, CuMo or the like.

上述したCuWおよびCuMo等の材料は、Cuに比べて熱伝導率が小さいので、板状部材３１にこれらの材料を使用すると、板状部材３１の伝熱性能はCuを使用した実施の形態１〜３の冷却装置より劣ることになるため、冷却装置単体としての冷却性能は低下する。
しかしながら、実施の形態５では半導体レーザアレイ３４を直接板状部材３１に熱的、機械的に接合しており、実施の形態４で示されたサブマウント３５およびこのサブマウント３５を接合した際に生じる接合層による熱抵抗は存在しないので、板状部材３１の熱伝導率の低下による熱抵抗増大の効果は相殺され、むしろ半導体レーザアレイ３４から見た冷却装置の熱抵抗を低減できる。
すなわち、実施の形態５に示された冷却装置では、実施の形態１〜３に示された冷却装置と同様の効果が得られるとともに、さらに冷却装置の熱抵抗を低減できる効果がある。 Since the materials such as CuW and CuMo described above have a lower thermal conductivity than Cu, when these materials are used for the plate-like member 31, the heat transfer performance of the plate-like member 31 is the first embodiment using Cu. Therefore, the cooling performance as a single cooling device is reduced.
However, in the fifth embodiment, the semiconductor laser array 34 is directly and mechanically bonded to the plate-like member 31. When the submount 35 shown in the fourth embodiment and the submount 35 are bonded, Since there is no thermal resistance due to the resulting bonding layer, the effect of increasing the thermal resistance due to the decrease in the thermal conductivity of the plate-like member 31 is offset, and rather the thermal resistance of the cooling device viewed from the semiconductor laser array 34 can be reduced.
That is, in the cooling device shown in the fifth embodiment, the same effect as the cooling device shown in the first to third embodiments can be obtained, and the thermal resistance of the cooling device can be further reduced.

また、半導体レーザアレイの構成材料に近似した線熱膨張係数の値を有する材料で板状部材３１を構成したので、半導体レーザアレイ３４を直接板状部材３１に接合しても、線熱膨張係数の差による半導体レーザアレイ３４の歪の発生を抑制でき、実施の形態４による冷却装置と同様に、長期的に安定なレーザ発振が可能となる。   Further, since the plate-like member 31 is made of a material having a linear thermal expansion coefficient value approximate to the constituent material of the semiconductor laser array, the linear thermal expansion coefficient can be obtained even if the semiconductor laser array 34 is directly joined to the plate-like member 31. Generation of distortion in the semiconductor laser array 34 due to this difference can be suppressed, and stable laser oscillation can be achieved over a long period of time as in the cooling device according to the fourth embodiment.

実施の形態６．
図１５は、本発明の実施の形態６による冷却装置６０を備えた半導体レーザ光源装置６１の構成を示す図であり、図１５（ａ）はレーザ光源装置の上面図、図１５（ｂ）は側面図、図１５（ｃ）は下面図をそれぞれ示している。図１５において、先の実施の形態による冷却装置と同一もしくは同等の部材については同一の番号を付し、詳細な説明は省略する。 Embodiment 6 FIG.
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a semiconductor laser light source device 61 provided with a cooling device 60 according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 15 (a) is a top view of the laser light source device, and FIG. A side view and FIG. 15C show a bottom view, respectively. In FIG. 15, the same or equivalent members as those in the cooling device according to the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図１５で、３１、３２Ａおよび３２Ｂは積層体を構成する板状部材であり、これらは先の実施の形態で示した部材と同一のものである。図１５において、６３は先の実施の形態に示された冷却装置の薄板部材３３に代わり給電端子６７を備えた板状部材であり、本実施の形態６による冷却装置６０は、これらの板状部材３１、３２Ａ，３２Ｂおよび６３を積層することにより構成されている。   In FIG. 15, 31, 32 </ b> A and 32 </ b> B are plate-like members constituting the laminated body, and these are the same as the members shown in the previous embodiment. In FIG. 15, 63 is a plate-like member provided with a power supply terminal 67 in place of the thin plate member 33 of the cooling device shown in the previous embodiment, and the cooling device 60 according to the sixth embodiment has these plate-like shapes. The members 31, 32 </ b> A, 32 </ b> B and 63 are stacked.

また、６２は導電性に優れた金属より構成され、冷却装置６０と類似の形状を有する上部電極である。冷却装置６０の板状部材３１上には、（１）式の関係を満足する材料、具体的にはCuW、CuMo等で形成されたサブマウント３５ａを介して半導体レーザアレイ３４がAuSn合金はんだ等の高融点ハンダにより接合されている。   Reference numeral 62 denotes an upper electrode made of a metal having excellent conductivity and having a shape similar to that of the cooling device 60. On the plate-like member 31 of the cooling device 60, the semiconductor laser array 34 is AuSn alloy solder or the like via a submount 35a formed of a material satisfying the relationship of the expression (1), specifically, CuW, CuMo or the like. Bonded with high melting point solder.

この半導体レーザアレイ３４の上面には、サブマウント３５ａと同一材料で形成されたサブマウント３５ｂが同様にAuSnハンダにより接合されており、このサブマウント３５ｂを介してAu、Cu等で構成された金属薄板（もしくは金属箔）６６が接合される。   A submount 35b formed of the same material as that of the submount 35a is similarly joined to the upper surface of the semiconductor laser array 34 by AuSn solder, and a metal composed of Au, Cu, or the like via the submount 35b. A thin plate (or metal foil) 66 is joined.

図１５（ｃ）では、実施の形態３に示された冷却液流路を形成する板状部材３２Ａと板状部材３２Ｂをそれぞれ１枚ずつ積層した冷却装置により半導体レーザ光源装置を構成した場合を示しているが、これまでに示したいずれの冷却装置で半導体レーザ光源装置を構成しても構わない。   FIG. 15C shows a case where the semiconductor laser light source device is configured by a cooling device in which the plate-like member 32A and the plate-like member 32B that form the coolant flow path shown in the third embodiment are stacked one by one. Although shown, the semiconductor laser light source device may be configured by any of the cooling devices shown so far.

冷却装置６０と上部電極６２に挟まれた部材６５ａおよび６５ｂは、絶縁材料より構成された絶縁板であり、冷却装置６０と上部電極６２を機械的に接続して一体化構造としつつ、冷却装置６０と上部電極６２とを電気的に絶縁する機能を果たしている。
このため、駆動電源より供給された電流は、冷却装置６０から半導体レーザアレイ３４を経由して上部電極６２へと流れ、駆動電源に戻る。これにより、半導体レーザアレイ３４がレーザ発振する。なお、極性を逆転させた場合の電流の経路が上記と逆になることは言うまでもない。 The members 65a and 65b sandwiched between the cooling device 60 and the upper electrode 62 are insulating plates made of an insulating material, and the cooling device 60 and the upper electrode 62 are mechanically connected to form an integrated structure. 60 and the upper electrode 62 are electrically insulated.
For this reason, the current supplied from the driving power source flows from the cooling device 60 to the upper electrode 62 via the semiconductor laser array 34 and returns to the driving power source. As a result, the semiconductor laser array 34 oscillates. Needless to say, the current path when the polarity is reversed is reversed.

実施の形態６に示された半導体レーザ光源装置６１では、実施の形態１〜３に示した半導体レーザ光源装置と同様に、冷却装置６０を構成する積層体はCu等の導電性に優れた金属のみにより構成されており、また電源より供給される電流の経路となるサブマウント３５ａ、金属薄板６６および上部電極も導電性に優れた金属より構成され、これらの部材の接続はハンダ接合等の手段により行われているので、低抵抗かつ信頼性の高い電気的コンタクトが得られる。   In the semiconductor laser light source device 61 shown in the sixth embodiment, as in the semiconductor laser light source device shown in the first to third embodiments, the stacked body constituting the cooling device 60 is a metal having excellent conductivity such as Cu. The submount 35a, the metal thin plate 66 and the upper electrode, which are paths of current supplied from the power source, are also made of a metal having excellent conductivity, and these members are connected by means such as solder bonding. Therefore, an electrical contact with low resistance and high reliability can be obtained.

したがって、電気抵抗の小さい半導体レーザ光源装置を実現することができ、これにより動作時の不要なジュール熱の発生を抑制することができる。さらに、冷却液流路を内部に形成する積層体についても、液相拡散接合等の方法により一体化されているため、冷却液漏れの問題も長期的に回避される。   Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser light source device having a small electric resistance, thereby suppressing generation of unnecessary Joule heat during operation. Furthermore, since the laminated body in which the coolant flow path is formed is integrated by a method such as liquid phase diffusion bonding, the problem of coolant leakage can be avoided for a long time.

また、積層体を構成する板状部材は熱伝導性にも優れており、冷却装置６０内部の熱抵抗が小さいので、非常に微細な流路を形成する必要もなく、化学エッチングに代表される安価な手段で冷却液流路用の溝を形成することができ、流路の設計に関しても自由度が高い。このようにマイクロチャネルに比して断面形状の大きな溝を形成できるので、塵埃除去等の水質管理も容易となる。   Further, the plate-like member constituting the laminate is excellent in thermal conductivity, and since the thermal resistance inside the cooling device 60 is small, it is not necessary to form a very fine flow path, and is represented by chemical etching. The groove for the coolant channel can be formed by an inexpensive means, and the degree of freedom in designing the channel is high. As described above, since a groove having a larger cross-sectional shape than a microchannel can be formed, water quality management such as dust removal is facilitated.

さらに、図１５（ｃ）の破線部分で示したような冷却液の流れが半導体レーザアレイ３４の長手方向と一致する冷却液流路を形成しているため、流路断面の寸法ばらつきによる冷却液流量の偏りに起因した冷却の不均一は発生しない。
また、万一塵埃によって一部の流路に詰まりが発生した場合においても、冷却液を半導体レーザアレイ３４の長手方向に沿って流しているため、極端な冷却の不均一は起こらない。
したがって、半導体レーザアレイ３４中の個々の半導体レーザから出射されるレーザ光の出力波長のばらつきが抑制されるので、鋭いスペクトルを有するレーザ光出力が可能な半導体レーザ光源装置を実現できる。 Further, since the coolant flow as shown by the broken line in FIG. 15C forms a coolant flow path that coincides with the longitudinal direction of the semiconductor laser array 34, the coolant due to dimensional variations in the cross section of the flow path. There is no non-uniform cooling due to uneven flow.
Also, even if some of the flow paths are clogged with dust, the cooling liquid is flowing along the longitudinal direction of the semiconductor laser array 34, so that extreme nonuniform cooling does not occur.
Therefore, since variations in the output wavelength of the laser light emitted from the individual semiconductor lasers in the semiconductor laser array 34 are suppressed, a semiconductor laser light source device capable of outputting laser light having a sharp spectrum can be realized.

実施の形態７．
図１５では、半導体レーザアレイ３４はサブマウント３５ａを介して板状部材３１に接合されていたが、実施の形態５に示されているように、半導体レーザアレイ３４を直接板状部材に熱的、機械的に接続した冷却装置を用いても良い。
この場合、実施の形態６に示された半導体レーザ光源装置６１に使用される冷却装置に比較して、さらに熱抵抗を低減できる。 Embodiment 7 FIG.
In FIG. 15, the semiconductor laser array 34 is bonded to the plate-like member 31 via the submount 35a. However, as shown in the fifth embodiment, the semiconductor laser array 34 is directly applied to the plate-like member. Alternatively, a mechanically connected cooling device may be used.
In this case, the thermal resistance can be further reduced as compared with the cooling device used in the semiconductor laser light source device 61 shown in the sixth embodiment.

また、半導体レーザアレイ３４の構成材料に近似した線膨張係数の値を有する材料で板状部材３１を構成しているので、線熱膨張係数の差による半導体レーザ構成材料中に生じる歪に起因する結晶欠陥の発生、転位を抑制でき、この結果、長期的に安定なレーザ光出力が可能となる。   Further, since the plate-like member 31 is made of a material having a value of linear expansion coefficient approximate to that of the constituent material of the semiconductor laser array 34, it is caused by strain generated in the semiconductor laser constituent material due to a difference in linear thermal expansion coefficient. Generation of crystal defects and dislocation can be suppressed, and as a result, stable laser light output can be achieved for a long time.

実施の形態８．
図１６は、本発明の実施の形態７による冷却装置６０を備えた半導体レーザ光源装置７０２の構成を示す分解図である。なお、先に説明した部材と同一あるいは同等の部材については同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
図１６において、６１は冷却装置６０、半導体レーザアレイ３４および上部電極６２等から構成される半導体レーザ光源装置である。７０３はかかる半導体レーザ光源装置６１に冷却液を供給、回収するための冷却液マニホルドであり、内部に冷却液流路が形成されている。 Embodiment 8 FIG.
FIG. 16 is an exploded view showing a configuration of a semiconductor laser light source device 702 including the cooling device 60 according to the seventh embodiment of the present invention. In addition, the same number is attached | subjected about the same or equivalent member as the member demonstrated previously, and detailed description is abbreviate | omitted.
In FIG. 16, reference numeral 61 denotes a semiconductor laser light source device including a cooling device 60, a semiconductor laser array 34, an upper electrode 62, and the like. Reference numeral 703 denotes a coolant manifold for supplying and recovering coolant to the semiconductor laser light source device 61, and a coolant flow path is formed therein.

この冷却液マニホルド７０３は、半導体レーザ光源装置６１に冷却液を供給、回収するとともに、７０７に示したネジあるいはボルト等による締結部材によって半導体レーザ光源装置６１を固定する台座としての機能を併せ持つ。半導体レーザ光源装置６１は、２本のピン７０４により位置ずれが起こらないよう、高精度に位置決めされて冷却液マニホルド７０３に固定される。７０６はＯリング等のシール部材であり、冷却液流路の水密を維持する。   The coolant manifold 703 supplies and collects coolant to the semiconductor laser light source device 61, and also has a function as a base for fixing the semiconductor laser light source device 61 with a fastening member such as a screw or bolt shown in 707. The semiconductor laser light source device 61 is positioned with high accuracy and fixed to the coolant manifold 703 so as not to be displaced by the two pins 704. Reference numeral 706 denotes a seal member such as an O-ring that maintains the water tightness of the coolant flow path.

冷却液マニホルド７０３が金属等の導電性材料で構成されている場合で、半導体レーザ光源装置６１と冷却液マニホルド７０３を電気的に絶縁する必要がある場合には、ポリイミド等の絶縁性材料で形成された絶縁シート７０５を介して固定される。   When the coolant manifold 703 is made of a conductive material such as metal and the semiconductor laser light source device 61 and the coolant manifold 703 need to be electrically insulated, they are formed of an insulating material such as polyimide. The insulating sheet 705 is fixed.

同様に、半導体レーザ光源装置６１と冷却液マニホルド７０３の双方に接触している位置決めピン７０４およびボルト７０７についても絶縁が必要になるので、位置決めピン７０４についてはセラミックあるいは樹脂等に形成する。またボルト７０７は、ポリカーボネート等の樹脂製のものを使用するか、金属製の場合には絶縁ワッシャー７０８を挟むことにより絶縁することができる。   Similarly, since the positioning pins 704 and the bolts 707 that are in contact with both the semiconductor laser light source device 61 and the coolant manifold 703 need to be insulated, the positioning pins 704 are formed of ceramic or resin. In addition, the bolt 707 can be insulated by using a resin such as polycarbonate, or by sandwiching an insulating washer 708 in the case of a metal.

なお、特に冷却液マニホルド７０３と半導体レーザ光源装置６１を電気的に絶縁する必要がない場合には、絶縁シート７０５および絶縁ワッシャー７０８は不要であり、部品点数の削減が可能である。また、位置決めピン７０４およびボルト７０７は導電性材料で形成しても構わない。   In particular, when it is not necessary to electrically insulate the coolant manifold 703 and the semiconductor laser light source device 61, the insulating sheet 705 and the insulating washer 708 are unnecessary, and the number of parts can be reduced. Further, the positioning pins 704 and the bolts 707 may be formed of a conductive material.

実施の形態８では、図１７に示すように、冷却装置６０に位置決めピン７０４を貫通させるため、板状部材３１，３２Ａ，３２Ｂと６３による積層体にピン穴７１１ａおよび７１１ｂが設けられている。さらに、固定ボルト７０７用のネジ穴７１２が設けられている。   In the eighth embodiment, as shown in FIG. 17, pin holes 711 a and 711 b are provided in the laminated body of the plate-like members 31, 32 </ b> A, 32 </ b> B and 63 in order to allow the positioning pin 704 to penetrate the cooling device 60. Further, a screw hole 712 for the fixing bolt 707 is provided.

これらのピン穴およびネジ穴は、板状部材３１，３２Ａ，３２Ｂと６３による積層体を形成した後に機械加工により形成するか、あるいは積層体を形成する前に個々の板状部材の形成と同時に形成しておいても良い。
後者の場合、板状部材３１，３２Ａ，３２Ｂおよび６３の全ての部材に上述のピン穴を形成しておけば、ピン穴７１１ａおよび７１１ｂを、積層体を構成する際の板状部材の位置決め穴として利用することができるので、特殊な冶具を必要とすることなく容易に積層体を形成できる。 These pin holes and screw holes are formed by machining after forming the laminated body of the plate-like members 31, 32A, 32B and 63, or simultaneously with the formation of the individual plate-like members before forming the laminated body. It may be formed.
In the latter case, if the above-described pin holes are formed in all members of the plate-like members 31, 32A, 32B and 63, the pin holes 711a and 711b are used as positioning holes for the plate-like members when constituting the laminate. Therefore, it is possible to easily form a laminated body without requiring a special jig.

図１６は、１個の半導体レーザ光源装置６１の冷却液マニホルド７０３への固定方法を示しているが、実施の形態８による半導体レーザ光源ユニット７０２は、図１８（ａ）の組立て図に示すように、図１６の紙面垂直方向に複数の半導体レーザ光源装置６１が配列、固定された高出力レーザ光源装置として構成されている。図１８では、半導体レーザ光源装置６１を４個配列、固定した半導体レーザ光源ユニットの構成例を示している。   FIG. 16 shows a method of fixing one semiconductor laser light source device 61 to the coolant manifold 703, but the semiconductor laser light source unit 702 according to the eighth embodiment is as shown in the assembly view of FIG. In addition, a plurality of semiconductor laser light source devices 61 are arranged and fixed in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. FIG. 18 shows a configuration example of a semiconductor laser light source unit in which four semiconductor laser light source devices 61 are arranged and fixed.

図１８に示すように、個々の半導体レーザ光源装置６１ａないし６１ｄは全て、先に説明した固定方法により冷却液マニホルド７０３上に固定される。隣り合う半導体レーザ光源装置６１ａないし６１ｄは、互いに接触しないように、位置決めピン７０４によって一定の間隔をおいて位置決め、固定される。   As shown in FIG. 18, all the individual semiconductor laser light source devices 61a to 61d are fixed on the coolant manifold 703 by the fixing method described above. Adjacent semiconductor laser light source devices 61a to 61d are positioned and fixed at regular intervals by positioning pins 704 so as not to contact each other.

図示されていない駆動電源からの配線は、半導体レーザ光源ユニット７０２の一端に位置する半導体レーザ光源装置６１ａの冷却装置側の給電端子と、他端に位置する半導体レーザ光源装置６１ｄの上部電極側の給電端子に接続される。隣接する半導体レーザ光源装置は、給電板７１４によって半導体レーザ光源装置６１ａの上部電極から半導体レーザ光源装置６１ｂの冷却装置側の給電端子へ架橋され、図示しないネジ等の結合部品により電気的に接続される。   Wirings from a drive power source (not shown) are provided on the power supply terminal on the cooling device side of the semiconductor laser light source device 61a located at one end of the semiconductor laser light source unit 702 and on the upper electrode side of the semiconductor laser light source device 61d located at the other end. Connected to the power supply terminal. Adjacent semiconductor laser light source devices are bridged from the upper electrode of the semiconductor laser light source device 61a to the power supply terminal on the cooling device side of the semiconductor laser light source device 61b by a power supply plate 714, and are electrically connected by a coupling component such as a screw (not shown). The

図１９は給電板７１４の概略構成を示したものである。ここで、図１９（ａ）は給電板７１４の断面図、（ｂ）は上面図をそれぞれ示す。同様にして、半導体レーザ光源装置６１ｂ、６１ｃ、６１ｄについても給電板７１４を介して順次、架橋される。
したがって、駆動電源からの電流が半導体レーザ光源装置６１ａの冷却装置側の給電端子へ供給された場合には、半導体レーザ光源装置６１ａから半導体レーザ光源装置６１ｄへと順次直列的に電流が流れることにより、個々の半導体レーザ光源装置６１ａ〜６１ｄよりレーザ光が出射される。 FIG. 19 shows a schematic configuration of the power feeding plate 714. Here, FIG. 19A is a cross-sectional view of the power feeding plate 714, and FIG. 19B is a top view thereof. Similarly, the semiconductor laser light source devices 61b, 61c, and 61d are sequentially cross-linked through the power feeding plate 714.
Therefore, when the current from the drive power source is supplied to the power supply terminal on the cooling device side of the semiconductor laser light source device 61a, the current flows sequentially in series from the semiconductor laser light source device 61a to the semiconductor laser light source device 61d. Laser light is emitted from the individual semiconductor laser light source devices 61a to 61d.

次に、冷却液の流れについて図１８に基づき説明する。図示しないチラー等の冷却装置より冷却液マニホルド７０３の入口７１３ａに導入された冷却液は、主管流路７１５ａを経由して支管流路７１６ａ〜７１６ｄへと均等に分配され、個々の半導体レーザ光源装置６１ａ〜６１ｄへと流入する。
分配された冷却液は半導体レーザ光源装置内部の冷却液流路を流れた後、各々の支管流路７１７ａ〜７１７ｄより主管流路７１５ｂを経て、出口７１３ｂより冷却装置に戻る。
以上のように構成された実施の形態８による半導体レーザ光源ユニット７０３では、冷却装置を含めた半導体レーザ光源装置を複数個配列してレーザ光源ユニットを形成する際に、各々の半導体レーザ光源装置を配列および固定するための部材が、配列された個々の半導体レーザ光源装置６１ａ〜６１ｄに冷却液を分配、回収する冷却マニホルドの機能を兼ね備えているため、薄型でコンパクトな半導体レーザ光源ユニットを構成することができる。 Next, the flow of the coolant will be described with reference to FIG. The coolant introduced into the inlet 713a of the coolant manifold 703 from a cooling device such as a chiller (not shown) is evenly distributed to the branch channels 716a to 716d via the main channel 715a, and the individual semiconductor laser light source devices It flows into 61a-61d.
The distributed cooling liquid flows through the cooling liquid flow path inside the semiconductor laser light source device, and then returns from each branch pipe flow path 717a to 717d through the main pipe flow path 715b to the cooling apparatus from the outlet 713b.
In the semiconductor laser light source unit 703 according to the eighth embodiment configured as described above, when forming a laser light source unit by arranging a plurality of semiconductor laser light source devices including a cooling device, each semiconductor laser light source device is arranged. The member for arranging and fixing has the function of a cooling manifold for distributing and collecting the cooling liquid to the arranged semiconductor laser light source devices 61a to 61d, so that a thin and compact semiconductor laser light source unit is configured. be able to.

また、冷却装置を含む半導体レーザ光源装置は、複数の板状部材を積層することにより一体構造物として形成され十分な機械的強度を有するので、冷却液マニホルド７０３との固定にはネジ、あるいはボルトやナット等の機械的締結により各々の半導体レーザ光源装置６１ａ〜６１ｄを個々に強く締付けることができるため、冷却液マニホルド７０３と半導体レーザ光源装置６１ａ〜６１ｄの接続部分での冷却液漏れが発生する恐れがない。
さらには、各々の半導体レーザ光源装置６１ａ〜６１ｄへの冷却液の分配および回収のために形成された冷却液マニホルド７０３内部の流路は大きな断面寸法を有し、塵埃の詰まり等によって各々の半導体レーザ光源装置６１ａ〜６１ｄに分配される冷却液の流量に偏りが生じる恐れもないため、配列された各々の半導体レーザ光源装置６１ａ〜６１ｄ装置に均一に分配され、これにより出力波長のばらつきも小さく鋭いスペクトルを有するレーザ光出力が可能な半導体レーザ光源ユニットを実現できる。 In addition, since the semiconductor laser light source device including the cooling device is formed as an integrated structure by laminating a plurality of plate-like members and has sufficient mechanical strength, screws or bolts are used for fixing to the coolant manifold 703. Each of the semiconductor laser light source devices 61a to 61d can be strongly tightened individually by mechanical fastening such as a nut or a nut, so that a coolant leakage occurs at the connection portion between the coolant manifold 703 and the semiconductor laser light source devices 61a to 61d. There is no fear.
Further, the flow path inside the coolant manifold 703 formed for distributing and collecting the coolant to each of the semiconductor laser light source devices 61a to 61d has a large cross-sectional dimension, and each semiconductor is blocked by dust clogging or the like. Since there is no fear that the flow rate of the cooling liquid distributed to the laser light source devices 61a to 61d is uneven, it is evenly distributed to each of the arranged semiconductor laser light source devices 61a to 61d, thereby reducing variations in output wavelength. A semiconductor laser light source unit capable of outputting laser light having a sharp spectrum can be realized.

実施の形態９．
実施の形態８では、各々の半導体レーザ光源装置に冷却液を並列分配する流路を形成した冷却液マニホルドにより半導体レーザ光源ユニットが構成されていたが、実施の形態９では、図２０に示した流路が形成された冷却液マニホルド８０３により半導体レーザ光源ユニットを構成し、冷却液流路を直列に形成することができる。
なお、図２０に示した流路を有する冷却液マニホルドを一体物から形成することは困難なため、例えば、同図のM−M’部で分けられた2つの部材８０３ａおよび８０３ｂを形成後、両者をロウ付け等の手段により接合して形成する。図２０のような流路を有する冷却液マニホルド８０３では、隣接する半導体レーザ光源装置で半導体レーザ光源装置内部における冷却液の流れ方向が異なる。 Embodiment 9 FIG.
In the eighth embodiment, the semiconductor laser light source unit is configured by the coolant manifold in which the flow paths for distributing the coolant in parallel to each semiconductor laser light source device are formed. In the ninth embodiment, the semiconductor laser light source unit is shown in FIG. A semiconductor laser light source unit can be constituted by the coolant manifold 803 in which the channel is formed, and the coolant channel can be formed in series.
In addition, since it is difficult to form the coolant manifold having the flow path shown in FIG. 20 from a single body, for example, after forming the two members 803a and 803b separated by the MM ′ portion of FIG. Both are formed by joining by means such as brazing. In the coolant manifold 803 having the flow path as shown in FIG. 20, the flow direction of the coolant in the semiconductor laser light source device is different between adjacent semiconductor laser light source devices.

しかし、先に示したいずれの冷却装置に形成された冷却液流路も、冷却液の流れ方向に左右されず均一な冷却が可能であるため、実施の形態７の半導体レーザ光源ユニットと同様の効果を得ることができる。   However, since the coolant flow path formed in any of the cooling devices described above can be uniformly cooled regardless of the flow direction of the coolant, it is the same as that of the semiconductor laser light source unit of the seventh embodiment. An effect can be obtained.

また、冷却液は個々の半導体レーザ光源装置を直列的に流れるため、半導体レーザ光源装置間での流量ばらつきは全く生じず、出力波長のばらつきが極めて小さく鋭いスペクトルを有するレーザ光出力が可能な半導体レーザ光源ユニットを実現できる。   In addition, since the coolant flows in series in the individual semiconductor laser light source devices, there is no flow rate variation between the semiconductor laser light source devices, and the semiconductor capable of outputting laser light having a sharp spectrum with very little output wavelength variation. A laser light source unit can be realized.

実施の形態１０．
実施の形態８および実施の形態９に示された半導体レーザ光源ユニットにおいて、冷却液マニホルドに配列、固定された各々の半導体レーザ光源装置は、電気的に直列に接続されていた。
本実施の形態１０の半導体レーザ光源ユニットでは、図２１に示すように、冷却液マニホルド７０３に配列、固定された各々の半導体レーザ光源装置６１ａ〜６１ｄに形成された上部電極側の給電端子どうし、冷却装置側の給電端子どうしを接続するための図２２に示すような給電板７１４ａを用いることにより、駆動電源からの電流を並列分配するような回路構成としている。ここで、図２２（ａ）は給電板７１４ａの断面図を、（ｂ）は上面図をそれぞれ示す。 Embodiment 10 FIG.
In the semiconductor laser light source units shown in the eighth and ninth embodiments, the respective semiconductor laser light source devices arranged and fixed in the coolant manifold are electrically connected in series.
In the semiconductor laser light source unit of the tenth embodiment, as shown in FIG. 21, the power supply terminals on the upper electrode side formed in each of the semiconductor laser light source devices 61a to 61d arranged and fixed in the coolant manifold 703, By using a power supply plate 714a as shown in FIG. 22 for connecting the power supply terminals on the cooling device side, the circuit configuration is such that the current from the drive power supply is distributed in parallel. Here, FIG. 22A is a cross-sectional view of the power feeding plate 714a, and FIG. 22B is a top view thereof.

なお、冷却液流路については、個々の半導体レーザ光源装置に冷却液を並列分配する冷却液マニホルド、あるいは冷却液を直列的に供給する冷却マニホルドのいずれを用いても良い。   As the coolant flow path, either a coolant manifold that distributes coolant in parallel to individual semiconductor laser light source devices or a coolant manifold that supplies coolant in series may be used.

かかるレーザ光源ユニットでは、駆動電源からの電流を各々の半導体レーザ光源装置に対して並列に分配する構成としているので、隣接する半導体レーザ光源装置の上部電極間、および冷却装置間を電気的に絶縁する必要がない。
したがって、実施の形態８および実施の形態９に示された半導体レーザ光源ユニットのように、隣接する半導体レーザ光源装置を電気的に絶縁するために一定間隔をおいて配列、固定する必要がないため、よりコンパクトな半導体レーザ光源ユニットを実現できる。 In such a laser light source unit, the current from the drive power supply is distributed in parallel to each semiconductor laser light source device, so that the upper electrodes of adjacent semiconductor laser light source devices and the cooling device are electrically insulated. There is no need to do.
Therefore, unlike the semiconductor laser light source units shown in the eighth and ninth embodiments, it is not necessary to arrange and fix the adjacent semiconductor laser light source devices at regular intervals in order to electrically insulate the adjacent semiconductor laser light source devices. A more compact semiconductor laser light source unit can be realized.

実施の形態１１．
実施の形態１１では、実施の形態８〜１０に示された半導体レーザ光源ユニットにおいて、冷却液マニホルドを樹脂等の絶縁性材料で形成する。
このような半導体レーザ光源ユニットにおいては、冷却液マニホルドの材質を変えただけで、その他の部材については先の実施の形態８〜１０に示された半導体レーザ光源ユニットと同一であり、これらと同様の効果を有する。 Embodiment 11 FIG.
In the eleventh embodiment, in the semiconductor laser light source unit shown in the eighth to tenth embodiments, the coolant manifold is formed of an insulating material such as a resin.
In such a semiconductor laser light source unit, only the material of the coolant manifold is changed, and the other members are the same as those of the semiconductor laser light source unit shown in the previous eighth to tenth embodiments. It has the effect of.

さらに、冷却液マニホルドを絶縁性材料で形成することにより、半導体レーザ光源装置と冷却液マニホルドを電気的に絶縁する必要がある場合においても、絶縁シート７０５や絶縁ワッシャー７０８は不要である。
また、位置決めピン７０４、あるいは半導体レーザ光源装置を固定するためのボルト７０７についても金属製の安価な部材で構成することができる。
このように、部品点数を削減できるだけでなく、より安価な材料を使用することができるので、組立てが容易で安価な半導体レーザ光源ユニットを実現できる。 Furthermore, the insulating sheet 705 and the insulating washer 708 are not required even when it is necessary to electrically insulate the semiconductor laser light source device and the cooling fluid manifold by forming the cooling fluid manifold from an insulating material.
Further, the positioning pins 704 or the bolts 707 for fixing the semiconductor laser light source device can also be made of an inexpensive metal member.
Thus, not only the number of parts can be reduced, but also a cheaper material can be used, so that an inexpensive and easy-to-assemble semiconductor laser light source unit can be realized.

実施の形態１２．
上述の半導体レーザ光源ユニットを励起光源として固体レーザロッドの側面に装着することにより、被加工対象物を加工することが可能な固体レーザ装置が得られる。かかる固体レーザ装置では、固体レーザを出力波長の極めて安定した半導体レーザアレイから発せられたレーザ光によって励起しているため、効率よくかつ安定な光出力が得られる。 Embodiment 12 FIG.
By mounting the above-described semiconductor laser light source unit on the side surface of the solid laser rod as an excitation light source, a solid laser device capable of processing a workpiece is obtained. In such a solid-state laser device, since the solid-state laser is excited by laser light emitted from a semiconductor laser array having an extremely stable output wavelength, an efficient and stable light output can be obtained.

Claims (11)

被冷却体を所定の端部に沿って接合させた金属からなる第１の板状部材と、
冷却液を導入する入口開口部および前記入口開口部に接続され前記端部に対応する領域の一端に達するよう設けられた冷却液導入溝と、冷却液を排出する出口開口部および前記出口開口部に接続され前記端部に対応する領域の他端に達するよう設けられた冷却液排出溝と、前記被冷却体の長手方向に対応する領域の前記一端から前記他端を連通する冷却用溝と、該冷却用溝中に形成され、前記一端および前記他端において交互に切り離された分岐用の複数の仕切りを有し、前記冷却用溝に冷却液を流すことにより前記被冷却体を冷却する金属からなる第２の板状部材と、
前記第２の板状部材と積層した場合に前記第２の板状部材の冷却用溝および複数の仕切りに対して重複するように形成された冷却用溝および複数の仕切りを有し、かつ、該複数の仕切りが前記第２の板状部材の前記一端および前記他端と異なる位置で交互に切り離された第３の板状部材と、
を備えたことを特徴とする冷却装置。 A first plate-like member made of metal obtained by joining a body to be cooled along a predetermined end;
A cooling liquid inlet groove as provided connected inlet opening and the inlet opening reaches the end of the area corresponding to the end portion for introducing the coolant, an outlet opening for discharging the cooling liquid and the outlet opening A coolant discharge groove provided to reach the other end of the region corresponding to the end portion, and a cooling groove communicating the other end from the one end of the region corresponding to the longitudinal direction of the cooled object , formed in the cooling groove has a plurality of partition for branches disconnected alternately in the one end and the other end, cooling the body to be cooled by flowing a cooling fluid to the cooling groove A second plate member made of metal;
A cooling groove and a plurality of partitions formed so as to overlap with the cooling groove and the plurality of partitions of the second plate member when stacked with the second plate-shaped member ; and A third plate member in which the plurality of partitions are alternately cut at positions different from the one end and the other end of the second plate member;
A cooling device comprising: 前記第２の板状部材と前記第３の板状部材を交互に複数回積層させたことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。   The cooling device according to claim 1, wherein the second plate-like member and the third plate-like member are alternately laminated a plurality of times. 請求項１〜２のいずれか１項記載の冷却装置と、
被冷却体である半導体レーザと、
を備えた半導体レーザ光源装置。 The cooling device according to any one of claims 1 to 2,
A semiconductor laser which is an object to be cooled;
A semiconductor laser light source device. 前記半導体レーザと前記第１の板状部材の間に銅タングステン合金又は銅モリブデン合金で構成されているサブマウントが載置されていることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ光源装置。   4. The semiconductor laser light source device according to claim 3, wherein a submount made of a copper tungsten alloy or a copper molybdenum alloy is placed between the semiconductor laser and the first plate-like member. 前記冷却装置の下部に接着され、第１の給電端子を具備する第１の給電用板状部材と、前記冷却装置の上部に絶縁体を介して固着され、一端に前記半導体レーザの上部と電気的に接続された金属からなる薄板を具備し、他端に第２の給電端子が設けられた第２の給電用板状部材と、
を備えたことを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ光源装置。 A first power supply plate-like member bonded to the lower part of the cooling device and having a first power supply terminal is fixed to the upper part of the cooling device via an insulator, and is electrically connected to the upper part of the semiconductor laser at one end. A second plate member for power supply, comprising a thin plate made of metal connected to the other end, and provided with a second power supply terminal at the other end;
4. The semiconductor laser light source device according to claim 3, further comprising: 請求項５記載の半導体レーザ光源装置と、
前記冷却装置にシール部材を介して締結部材によって装着され、前記冷却装置に冷却液を供給する冷却液マニホルドと、
を備えたことを特徴とする半導体レーザ光源ユニット。 A semiconductor laser light source device according to claim 5;
A cooling fluid manifold that is attached to the cooling device by a fastening member via a sealing member, and supplies a cooling fluid to the cooling device;
A semiconductor laser light source unit comprising: 前記冷却装置が複数台で構成されていることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ光源ユニット。   7. The semiconductor laser light source unit according to claim 6, wherein the cooling device comprises a plurality of units. 前記複数台の冷却装置の前記複数の第１の給電端子を電気的に接続すべく架橋された第１の給電板と、
前記複数の第２の給電端子を電気的に接続すべく架橋された第２の給電板と、
を備えたことを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ光源ユニット。 A first power supply plate that is bridged to electrically connect the plurality of first power supply terminals of the plurality of cooling devices;
A second power supply plate that is bridged to electrically connect the plurality of second power supply terminals;
7. The semiconductor laser light source unit according to claim 6, further comprising: 前記複数台の冷却装置に対して別個独立に冷却液が流れることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ光源ユニット。   7. The semiconductor laser light source unit according to claim 6, wherein a cooling liquid flows independently to the plurality of cooling devices. 前記複数台の冷却装置中の個々の冷却装置に順次冷却液が流れることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ光源ユニット。   7. The semiconductor laser light source unit according to claim 6, wherein the cooling liquid sequentially flows to the individual cooling devices in the plurality of cooling devices. 請求項６〜１０のいずれか１項記載の半導体レーザ光源ユニットを装着した固体レーザ装置。   A solid-state laser device equipped with the semiconductor laser light source unit according to claim 6.
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