JPH03257983A - レーザ発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザ発振器に係り、さらに詳しくは、全反
射ミラーと拡大ミラーを共焦点配置してなる不安定型共
振器の共振器長を制御する機能を備えたレーザ発振器に
関するものである。

［従来の技術］ 第１１図は例えばレーザハンドブック（オーム社、昭和
５７年）に記載された従来の不安定型共振器を用いたレ
ーザ発振器の一例を示す構成図である。図において、（
１）は凹面状の例えばＣｕより成る全反射ミラー　（２
）は全反射ミラー（１〉に対向配置された凸面状の例え
ばＣｕより成る拡大ミラーで、全反射ミラー（１）と拡
大ミラー（２）は正枝構成の共焦点配置となっている。

（３）は例えばＣｕより成る開口付きの平面ミラーで、
共振器内からレーザビームを取り出すためのものである
。

（４〉は例えばＺｎ５ｅより戊る透過ミラーで、レーザ
ビームはこの透過ミラー（４〉を通過することによりレ
ーザ発振器外へ出射される。（５〉はレーザ媒質で、例
えばＣＯ２レーザ等のガスレーザの場合は、放電などに
より励起されたガス媒質、ＹＡＧ等の固体レーザの場合
は、フラッシュランプ等により励起された固体媒質であ
る。（６）はレーザビーム径を制御するアパーチャ、（
７）は共振器の周囲を覆う箱体、（８）は全反射ミラー
（１）と拡大ミラー（２〉とによって構成される共振器
の内部に発生したレーザビーム、（９〉は透過ミラー（
４）により外部に取り出されたレーザビームである。

（１０）は交流電圧が印加される放電電極、（１１）は
レーザビーム（９）を集光する集光器、（１２）は集光
器（１１）により集光された集束ビーム、（１３）はレ
ーザ加工を行う加工対象物、（１４）はレーザビーム（
９〉を反射する反射ミラーである。

次に動作について説明する。レーザビーム（８）は全反
射ミラー（１〉と拡大ミラー（２）の間を往復し、この
往復の間に放電電極（１０）間で励起されたレーザ媒質
（５）により増幅される。このようにしてレーザビーム
（８）が増幅されたのち、その一部が平面ミラー（８〉
で反射し、透過ミラー（４）を通過する。共振器の外部
に取り出されたレーザビーム（９）は、共振器の構成が
共焦点配置であるため、平行ビームとなる。レーザビー
ム（９）は反射ミラー　（１４）で反射されたのち、集
光器（１１〉を通過して集束ビーム（１２）となり、鉄
板等の加工対象物（１３）の切断、溶接等を行なう。

［発明が解決しようとする課８］ 上記のように構成した従来の不安定型共振器を備えたレ
ーザ発振器においては、全反射ミラー（１）と拡大ミラ
ー（２）は箱体（７）の端面に圧着された構成をとって
いる。そのため全反射ミラー（１）と拡大ミラー（２）
は、レーザ動作をさせると、全反射ミラー（１）と拡大
ミラー（２）の背面側と前面側との間に生じる圧力差、
及びレーザ共振器内で発生するレーザ強度から生じる熱
ひずみ等によって変形し、曲率半径が変化してしまう。

このため、不安定型共振器において正規の共焦点配置を
構成することができなくなり、平行なレーザビームを取
り出すことができなくなる等の問題があった。

従来は、このような変形を防止するために全反射ミラー
（１〉と拡大ミラー（２）の厚みを増大させたりしてい
たが、全反射ミラー（１〉及び拡大ミラー（２）の重量
化及び高価格化という問題があり、さらにレーザ出力を
５にνから１０ｋＷで発振させる場合は、ミラーの厚み
の増加に伴うレーザ強度から生じる熱ひずみの増大等の
問題があった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたも
ので、全反射ミラーと拡大ミラーの内側と外側との間に
生じる圧力差、及びレーザ強度から生じる熱ひずみ等に
よるミラーの曲率半径の変化を補正し、不安定型共振器
の共焦点配置を常に正常に保ち、平行なレーザビームを
取り出すことにより、安定なレーザ加工ができるレーザ
発振器を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るレーザ発振器は、共振器から出射するレー
ザビームの径を検出する手段と、この手段からの信号に
より全反射ミラーと拡大ミラー両者又は何れか一方を移
動させて共振器長を制御する共振器長制御手段とを備え
たものである。

［作用］ レーザビームの径を検出する手段からの出力信号が共振
器長制御手段に加えられると、該手段にあらかじめ設定
された設定レベル信号と比較され、両者が一致しないと
きは全反射ミラー及び拡大ミラーの両者又は何れか一方
をレーザビームの光軸方向に移動させて両信号を一致さ
せる。これにより共振器長が調節され、全反射ミラーと
拡大ミラーに生じた曲率半径の変化が補正されて、常に
正常な共焦点配置を保持し平行なレーザビームを取り出
すことができる。

［発明の実施例コ 第１図は本発明実施例の構成図である。なお、第１１図
で説明した従来例と同−又は相当部分には同じ符号を付
し、説明を省略する。（２１）は共振器長制御装置で、
全反射ミラー（１）と拡大ミラー（２）の共焦点配置が
正常時のレーザビーム（９）の径、したがってアパーチ
ャ（６）の径に対応したレベル信号Ｅ　があらかじめ設
定されている。（２２）は拡大ミラー（２）が取付けら
れて箱体（７）に装着された、例えばカメラの焦点距離
調整機構の如きミラー駆動機構で、拡大ミラー（２）は
共振器長制御装置（２１）の指令によってレーザビーム
（８）の光軸方向に移動することができる。（２３〉は
中心部にアパーチャ（６）と同径のレーザビーム（９）
が通過できる設定開口部（２４）が形成され、外周部に
例えば熱電対の如き温度センサが設ｊすられたポジショ
ンセンサで、温度センサの出力信号は共振器長制御装置
（２１）に加えらる。

次に、上記のように構成した本発明の詳細な説明する。

なお、レーザ発振器よりレーザビーム（９）が出射する
過程は、第１１図で説明した従来の場合と同様なので、
説明を省略する。いま、ポジションセンサ（２３）をレ
ーザビーム（９〉が通過すると、このレーザビーム（９
〉の径がポジションセンサ（２３〉の設定開口部（２４
）の径と等しいとき、即ち、全反射ミラー（１）と拡大
ミラー（２〉の共焦点配置が正常のときは、ポジション
センサ（２３）からの出力信号Ｅ　はほは一定で、設定
レベル信号ＥＳと一致している。

レーザビーム（９）のビーム径がポジションセンサ（２
３）の設定開口部（２４）の径より大きいときは、設定
開口部〈２４）を通過できないレーザビーム（９）が設
定開口部〈２４〉の周囲に照射されるため、レーザ出力
によって生ずる熱がポジションセンサ（２３）の外周部
から温度センサに伝達され、その出力信号Ｅ　が第２図
に示すように共振器長制御装置（２１〉に加えられる。

共振器長制御袋ｆｆ　（２１）は第３図（ａ）に示すよ
うにこの出力信号Ｅ　と設定レベ正信号Ｅ　とを比較し
、両信号Ｅ　とＥ　との偏Ｓ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　ｐ　　　　　Ｓ差信号子ΔＥを
ミラー駆動機構（２２）に加え、この偏差信号子ΔＥが
零になるまで拡大ミラー（２）を移動し、共振器長を調
節する。このようにして、共振器長制御装置（２１〉に
よって調節された不安定型共振器は正常な共焦点配置が
得られ、レーザビーム（９）は平行ビームとなる。

ポジションセンサ（２３）を通過したレーザビーム（９
）のビーム径がその設定開口部（２４〉の径より小さい
ときは、温度センサに与える熱が小さいので、第３図（
ｂ）に示すように、ポジションセンサ（２３）から共振
器長制御装置（２１）に伝達される出力信号Ｅ　は設定
レベル信号Ｅ　よりも小さい。このたＳ め両信号Ｅ　　、Ｈの偏差信号−ΔＥをミラー駆ｐ 動機構（２２〉へ出力し、偏差信号−ΔＥが零になるま
で拡大ミラー（２）を移動させて共振器長を補正する。

上記の実施例では、共振器長制御装置（２１〉を拡大ミ
ラー（２）側に取り付けた場合を示したが、第４図に示
すように全反射ミラー（１〉側に取り付けてもよい。ま
た、第５図に示すように共振器長制御装置（２１〉を全
反射ミラー（１）と拡大ミラー（２）の両側に取り付け
てもよい。

また、上記実施例では、共振器構成が正枝構成の場合に
ついて示したが、第６図に示すように負枝構成の不安定
型共振器の場合にも実施することができる。

さらに、上記実施例では、全反射ミラー（１）と拡大ミ
ラー（２）を対向配置した不安定型共振器の場合につい
て示したが、第７図、第８図及び第９図に示すように、
例えばＣｕより成る折返しミラー　（１５）を共振器内
に挿入することによって構成される、いわゆるＬ型の不
安定型共振器の場合も本発明を実施することができる。

要するに不安定型共振器の共振器長を調節することによ
り、ミラーの曲率半径の変化を補正し、不安定型共振器
を共焦点配置に保つことで、取り出されるレーザビーム
を平行ビームにするレーザ発振器には、すべて本発明を
実施することができる。

なお、上記実施例では、全反射ミラー（１）と拡大ミラ
ー（２）がＣｕより成る一般の不安定型共振器の場合に
ついて示したが、第１Ｏ図に示すように、例えば拡大ミ
ラーとして、Ｚｎ５ｅより構成され、中央部に部分反射
性を持たせた反射率分布ミラー（１６〉を有する変形さ
れた不安定型共振器に本発明を実施しても有効である。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば不安定
型共振器を構成している全反射ミラー及び拡大ミラーに
生じる曲率半径の変化を、共振器長制御装置により共振
器長を調節することにより補正し、共焦点配置を保つよ
うに構成したので、レーザ発振器から出射されるレーザ
ビームを常に平行なレーザビームとして取り出すことが
できる。

従って、このレーザ発振器をレーザ加工装置に用いた場
合、極めて良好なレーザ加工特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成図、第２図及び第３図（ａ
）　、　（ｂ）は本発明実施例の作用説明図、第４図〜
第１０図はそれぞれ本発明の他の実施例の構成図、第１
１図は従来のレーザ発振器の一例を示す構成図である。 図において、（１〉は全反射ミラー　（２）は拡大ミラ
ー　（３〉は平面ミラー　（４〉は透過ミラー（５〉は
レーザ媒質、（６）はアパーチャ、（７）は箱体、（８
）、（９）はレーザビーム、（１０）は放電電極、（１
１〉は集光器、（１２）は集束ビーム、（１３）は加工
対象物、（１４）は反射ミラー　（１５）、　（１５ａ
）は折返しミラー　（１６）は反射率分布ミラー　（２
１）は共振器長制御装置、（２２）はミラー駆動機構、
（２３）はポジションセンサである。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 全反射ミラーと拡大ミラーを共焦点配置してなる不安定
   型共振器を有するレーザ発振器において、共振器から出
   射するレーザビームの径を検出する手段と、該手段から
   の信号により上記全反射ミラーと拡大ミラーの両者又は
   何れか一方を移動させて共振器長を制御する共振器長制
   御手段とを設けたことを特徴とするレーザ発振器。