[发明专利]LD模块冷却装置和激光装置

说明书

本公开涉及LD模块冷却装置和激光装置。具备能够以受限的冷却介质将多个LD模块冷却至大致相同温度的流路构造，能够低成本制造。LD模块冷却装置在冷却板上具备与多个LD模块对应的多个冷却部流路、并行地对冷却部流路供给、排出冷却介质的共通流路，冷却部流路是在流路长度的至少大部分中流路高度和流路宽度为固定的薄层流路，从冷却板的表面侧观察时由流路长度×流路宽度划定的冷却部流路的矩形形状同冷却板与LD模块之间的主要接触面至少有大部分重叠，冷却部流路的流路高度满足相对于流路长度和流路宽度为1/20以下、以及流路高度0.5mm以下中至少一个条件，冷却部流路内冷却介质的压力损失比共通流路内冷却介质的压力损失大。

技术领域

本发明涉及一种LD模块冷却装置和激光装置。详细地说，本发明涉及一种用于利用冷却介质来冷却作为激光装置的激光光源或激励光源使用的多个激光二极管模块(LD模块)的LD模块冷却装置，该LD模块冷却装置具备能够将LD模块内的各LD冷却为低温的冷却特性并且LD模块间的冷却特性的差小，还涉及一种激光装置，具备具有这样的特性的LD模块冷却装置，并且由于LD的驱动温度的差异导致的LD的劣化速度的差异、寿命的差异小，寿命长且可靠性高。

背景技术

LD模块作为高输出激光装置的激光光源或激励光源使用。当LD模块的个数多时，总发热量大，因此一般将LD模块配置于在内部形成有作为冷却介质使用的冷却水的流路的水冷板的表面，利用水冷进行冷却。在该情况下，为了流路构造简单且制造较容易，因此一般使用具有相对于多个LD模块直列地流动冷却水的流路构造的冷却装置。但是，冷却水沿着水流吸收LD模块的发热，因此冷却水温度随着朝向下游而逐渐上升。因此，具有如下这样的问题：相比于配置于上游侧的LD模块，配置于下游侧的LD模块的冷却特性下降，LD模块的温度提高与冷却水的温度上升相应的量。其结果是，LD模块内的LD的温度也提高与冷却水的温度上升相应的量。

例如，在将单个发热量为50W的LD模块配置五十个的情况下，当将冷却水的流量设为10升/分钟(＝10L/min＝1.67×10^-4m³/s)时，下游侧的冷却水的温度相比于上游侧的冷却水的温度上升约3.6℃{发热量/(流量×水的比热×水的密度)＝50W×50/(1.67×10^-4m³/s×4.183×10³J/(kg·K)×9.982×10²kg/m³)≒3.6℃}。当LD的驱动时的温度变高时，LD的劣化速度变大，有时10℃的温度上升会使得寿命缩短到约一半。在该情况下，由于上述的3.6℃的温度上升，LD的寿命减少到约78％。因而，在水冷板上配置有多个LD模块的LD模块组件单元的寿命被以最高温进行驱动的LD模块的寿命限制。在LD模块组件单元中产生了寿命到期的LD模块的情况下，考虑只更换该LD模块。但是，维护成本、维护期间中的激光装置的停止等成为问题。

另一方面，在各LD模块附近并行地流动冷却水的流路构造能够减小由于LD模块间的上游与下游的差异引起的温度的差。但是，在使冷却水的总流量与直列的情况相同的条件的情况下，用于冷却各LD模块的冷却水的流量减少为1/(LD模块的个数)。因此，在为上述这样的冷却条件的情况下，用于冷却各LD模块的冷却水的流量约为0.2L/min。在该情况下，LD模块没有被充分冷却。其结果是，存在有LD模块内的LD的温度整体上升的问题。另外，也存在并行地流动冷却水进行冷却的流路构造的制造困难，成本高的问题。

因而，能够利用冷却水并行地冷却各LD模块，且至少相比于直列地进行冷却的情况下的、配置于下游的LD模块，能够使LD模块的温度、LD的温度为低温，并且能够以低成本进行制造的LD模块冷却装置的开发成为课题。此外，也考虑使冷却水的流量增加、或者降低冷却水的流入温度之类的方法。但是，增加冷却水的流量的方法需要冷却器(循环式冷却水供给装置)的规格升级等。另外，降低冷却水的流入温度的方法也存在LD模块等容易结露的问题。因而，利用这些方法不能够解决课题。