JPH0413681B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0413681B2 JPH0413681B2 JP59245238A JP24523884A JPH0413681B2 JP H0413681 B2 JPH0413681 B2 JP H0413681B2 JP 59245238 A JP59245238 A JP 59245238A JP 24523884 A JP24523884 A JP 24523884A JP H0413681 B2 JPH0413681 B2 JP H0413681B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- total reflection
- molybdenum
- reflection mirror
- tungsten
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、炭酸ガスレーザ、特に大出力の炭酸
ガスレーザに用いる全反射鏡用基板に関するもの
である。
ガスレーザに用いる全反射鏡用基板に関するもの
である。
従来の技術
炭酸ガスレーザは切断、溶接、焼き入れ等に広
く使用されている。炭酸ガスレーザにおいて、レ
ーザ共振器内、或は外部光学系中に用いられる全
反射鏡は、その出力、出力横モード、信頼性を左
右している。即ち、全反射鏡の反射率が高ければ
反射ロスが少ないため出力は増大し、吸収に伴う
発熱も少ないので、全反射鏡の変形、損傷が少な
く、メンテナンスの頻度の少ない、高信頼性の装
置となる。これは特に数KW〜20KWの大出力の
炭酸ガスレーザでは非常に重要な問題となる。そ
れは大出力のため全反射鏡の反射すべきパワーの
絶対量のみならず、パワー密度も高く、僅のロス
も全体の出力ロス、損傷、信頼性に大きく影響す
るからである。
く使用されている。炭酸ガスレーザにおいて、レ
ーザ共振器内、或は外部光学系中に用いられる全
反射鏡は、その出力、出力横モード、信頼性を左
右している。即ち、全反射鏡の反射率が高ければ
反射ロスが少ないため出力は増大し、吸収に伴う
発熱も少ないので、全反射鏡の変形、損傷が少な
く、メンテナンスの頻度の少ない、高信頼性の装
置となる。これは特に数KW〜20KWの大出力の
炭酸ガスレーザでは非常に重要な問題となる。そ
れは大出力のため全反射鏡の反射すべきパワーの
絶対量のみならず、パワー密度も高く、僅のロス
も全体の出力ロス、損傷、信頼性に大きく影響す
るからである。
従来、小出力の炭酸ガスレーザ用の全反射鏡に
は、研摩の容易な点から銅基板等にニツケル、リ
ンの合金をメツキ処理し、その上を研摩した基
板、或はシリコン基板を研摩したもの等の上に反
射面として金を蒸着したもの、或は銀を蒸着し、
更に保護膜を蒸着したもの、または誘電体多層膜
よりなる高反射膜を蒸着したものなどが用いられ
てきた。
は、研摩の容易な点から銅基板等にニツケル、リ
ンの合金をメツキ処理し、その上を研摩した基
板、或はシリコン基板を研摩したもの等の上に反
射面として金を蒸着したもの、或は銀を蒸着し、
更に保護膜を蒸着したもの、または誘電体多層膜
よりなる高反射膜を蒸着したものなどが用いられ
てきた。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら上記従来の全反射鏡基板は大出力
炭酸ガスレーザには、以下に述べる理由により安
定して使用することが困難である。
炭酸ガスレーザには、以下に述べる理由により安
定して使用することが困難である。
大出力炭酸ガスレーザ用全反射鏡基板として要
求されることは、第１に大出力レーザの照射に対
し、反射面で反射されずに表面に吸収されること
によつて発生した熱を速やかに拡散することであ
り、第２にはレーザ光を吸収することによつて生
ずる局所的な変化を出来るだけ小さくして、反射
面を正確な初期の形状に保つことである。前者は
熱伝導度(K)に関係し、後者は線膨張係数（α）に
関係する。従つて全反射鏡基板としての性能評価
指数（F.M.）は次の様に定義することができる。
求されることは、第１に大出力レーザの照射に対
し、反射面で反射されずに表面に吸収されること
によつて発生した熱を速やかに拡散することであ
り、第２にはレーザ光を吸収することによつて生
ずる局所的な変化を出来るだけ小さくして、反射
面を正確な初期の形状に保つことである。前者は
熱伝導度(K)に関係し、後者は線膨張係数（α）に
関係する。従つて全反射鏡基板としての性能評価
指数（F.M.）は次の様に定義することができる。
F.M.≡Ｋ／α
各種の基板材料について性能評価指数F.M.を
計算し、銅を１とした指数で表示した結果を第２
図に示す。この図より明らかなようにシリコンが
性能評価指数F.M.が一番大きく、基板材料とし
て優れているように思われる。しかしながらシリ
コン基板上に高反射膜を形成してなる全反射鏡を
大出力レーザに安心して使用することは出来な
い。それはシリコンは炭酸ガスレーザ光を吸収し
て発熱する度合が大きいからである。即ち、シリ
コン基板上の反射膜がレーザ光損傷を受け、部分
的に基板のシリコンがレーザ光にさらされるとシ
リコン基板は局所的に発熱して基板が破壊してし
まうからである。
計算し、銅を１とした指数で表示した結果を第２
図に示す。この図より明らかなようにシリコンが
性能評価指数F.M.が一番大きく、基板材料とし
て優れているように思われる。しかしながらシリ
コン基板上に高反射膜を形成してなる全反射鏡を
大出力レーザに安心して使用することは出来な
い。それはシリコンは炭酸ガスレーザ光を吸収し
て発熱する度合が大きいからである。即ち、シリ
コン基板上の反射膜がレーザ光損傷を受け、部分
的に基板のシリコンがレーザ光にさらされるとシ
リコン基板は局所的に発熱して基板が破壊してし
まうからである。
銅基板にニツケル隣合金メツキした基板の場
合、性能評価指数F.M.が銅より小さく、発生熱
による変形が大きいので、大出力用には不適当で
ある。
合、性能評価指数F.M.が銅より小さく、発生熱
による変形が大きいので、大出力用には不適当で
ある。
そこで性能評価指数F.M.が大きく、それ自身、
反射率の高いモリブデン（98.4％）、タングステ
ン（98.2％）が基板材料として現在最も優れてい
ることになる。更にモリブデン、タングステン等
の硬質金属は機械強度が高く、銅基板の場合のよ
うに取付け時の高い力によつて生ずる永久変形が
起り難いという利点も有している。しかしながら
モリブデンやタングステン基板は上記のような多
くの利点を有する反面、次のような欠点を有して
いる。
反射率の高いモリブデン（98.4％）、タングステ
ン（98.2％）が基板材料として現在最も優れてい
ることになる。更にモリブデン、タングステン等
の硬質金属は機械強度が高く、銅基板の場合のよ
うに取付け時の高い力によつて生ずる永久変形が
起り難いという利点も有している。しかしながら
モリブデンやタングステン基板は上記のような多
くの利点を有する反面、次のような欠点を有して
いる。
モリブデン、タングステンの比重はそれぞれ
10.2ｇ／c.c.、19.3ｇ／c.c.と大きく、直径10cm、厚
み２cmの基板として構成した場合の重量はそれぞ
れ約1.6Kg、約３Kgと非常に重くなると同時に高
価である。同じ形状のシリコン基板であれば、約
0.37Kgで、モリブデンの約４分の１、タングステ
ンの約８分の１と軽量である。銅基板、或は銅に
ニツケル隣合金メツキした基板等は比重が8.96
ｇ／c.c.であるので、モリブデンに近く重過ぎる。
10.2ｇ／c.c.、19.3ｇ／c.c.と大きく、直径10cm、厚
み２cmの基板として構成した場合の重量はそれぞ
れ約1.6Kg、約３Kgと非常に重くなると同時に高
価である。同じ形状のシリコン基板であれば、約
0.37Kgで、モリブデンの約４分の１、タングステ
ンの約８分の１と軽量である。銅基板、或は銅に
ニツケル隣合金メツキした基板等は比重が8.96
ｇ／c.c.であるので、モリブデンに近く重過ぎる。
従つてモリブデン、タングステンの利点を維持
し、且つ欠点である重さとコスト高を解決した全
反射鏡基板が望まれている。
し、且つ欠点である重さとコスト高を解決した全
反射鏡基板が望まれている。
そこで、本発明は、性能評価指数F.M.が大き
く、誤つてレーザ損傷を受けても破損されず、大
出力の炭酸ガスレーザに用いて軽量で安価な全反
射鏡基板を提供することを目的とするものであ
る。
く、誤つてレーザ損傷を受けても破損されず、大
出力の炭酸ガスレーザに用いて軽量で安価な全反
射鏡基板を提供することを目的とするものであ
る。
問題点を解決するための手段
そして上記問題点を解決する本発明の技術的な
手段はシリコン基板上にモリブデン、或はタング
ステン等の硬質金属板を一体に設け、この硬質金
属板の表面を研摩したことを特徴とするものであ
る。
手段はシリコン基板上にモリブデン、或はタング
ステン等の硬質金属板を一体に設け、この硬質金
属板の表面を研摩したことを特徴とするものであ
る。
作 用
上記のようにシリコン基板と、モリブデン、或
はタングステン等の硬質金属板を組合わせること
により互の欠点を補い、互の長所を相剰的に組合
わせることができる。即ち、シリコン基板の高い
熱伝導度、軽量化、機械強度の強さ、コストの有
利さと、モリブデン、或はタングステン等の硬質
金属板の優れた性能評価指数、高反射率等を兼ね
備えることができる。
はタングステン等の硬質金属板を組合わせること
により互の欠点を補い、互の長所を相剰的に組合
わせることができる。即ち、シリコン基板の高い
熱伝導度、軽量化、機械強度の強さ、コストの有
利さと、モリブデン、或はタングステン等の硬質
金属板の優れた性能評価指数、高反射率等を兼ね
備えることができる。
実施例
以下、本発明の一実施例を図面に基いて詳細に
説明する。第１図において１は直径10cmで、厚み
が1.9cmの肉厚のシリコン基板、２は直径10cm、
厚みが0.1cmの肉薄のモリブデン、或はタングス
テンよりなる硬質金属板であり、シリコン基板１
上に硬質金属板２が耐熱無機接着剤（例えばアロ
ンセラミツクス〔東亜合成化学株式会社製〕）に
より接着されて一体となつている。硬質金属板２
の表面はダイヤモンド砥粒により機械的に研摩さ
れた後、更に化学的腐食作用を有する液体中にダ
イヤモンド砥粒を懸濁させた加工液によつて研摩
が行われて鏡面が形成され、全反射鏡基板３が形
成されている。
説明する。第１図において１は直径10cmで、厚み
が1.9cmの肉厚のシリコン基板、２は直径10cm、
厚みが0.1cmの肉薄のモリブデン、或はタングス
テンよりなる硬質金属板であり、シリコン基板１
上に硬質金属板２が耐熱無機接着剤（例えばアロ
ンセラミツクス〔東亜合成化学株式会社製〕）に
より接着されて一体となつている。硬質金属板２
の表面はダイヤモンド砥粒により機械的に研摩さ
れた後、更に化学的腐食作用を有する液体中にダ
イヤモンド砥粒を懸濁させた加工液によつて研摩
が行われて鏡面が形成され、全反射鏡基板３が形
成されている。
このように構成された全反射鏡基板３上に金蒸
着膜を始めとした各種高反射率膜を形成すること
により全反射鏡を構成することが出来る。大出力
用としては金を10-7Torrの高真空中でイオンプ
レーテイング法により形成すると、反射率が99.1
％と高く、優れている。
着膜を始めとした各種高反射率膜を形成すること
により全反射鏡を構成することが出来る。大出力
用としては金を10-7Torrの高真空中でイオンプ
レーテイング法により形成すると、反射率が99.1
％と高く、優れている。
なお、本発明の全反射鏡基板の形状は平面に限
らず、凹凸の球面、若しくは非球面であつてもよ
い。
らず、凹凸の球面、若しくは非球面であつてもよ
い。
上記本発明の全反射鏡基板３の性能評価指数F.
M.の計算値を第２図に示す。図より明らかなよ
うに殆どモリブデン、タングステンを単体で用い
た場合と変わらない高い値を示し、熱による変形
の少ない優れた基板であることが判る。またモリ
ブデン単体の基板の場合には重量が約1.6Kgであ
るが、本発明のシリコン基板１とモリブデンの板
２を組合わせた基板３の重量は約0.43Kgであり、
約４分の１に軽減することが出来る。またタング
ステン単体の基板の場合には重量が約３Kgである
が、本発明のシリコン基板１とタングステンの板
２を組合わせた基板３の重量は約0.5Kgであり、
約６分の１に軽減することが出来、非常に扱い易
くなる。
M.の計算値を第２図に示す。図より明らかなよ
うに殆どモリブデン、タングステンを単体で用い
た場合と変わらない高い値を示し、熱による変形
の少ない優れた基板であることが判る。またモリ
ブデン単体の基板の場合には重量が約1.6Kgであ
るが、本発明のシリコン基板１とモリブデンの板
２を組合わせた基板３の重量は約0.43Kgであり、
約４分の１に軽減することが出来る。またタング
ステン単体の基板の場合には重量が約３Kgである
が、本発明のシリコン基板１とタングステンの板
２を組合わせた基板３の重量は約0.5Kgであり、
約６分の１に軽減することが出来、非常に扱い易
くなる。
コストの点からも高価なモリブデンやタングス
テン素材の使用量が20分の１となるため、その効
果は大きい。そして本発明の全反射鏡基板３の大
部分を占めるシリコン基板１はモリブデンやタン
グステン素材よりもはるかに安く、且つシリコン
材も高価な単結晶材を使用する必要がなく、安価
な多結晶材を使用することが出来るので、全体的
なコストを低下させることが出来る。
テン素材の使用量が20分の１となるため、その効
果は大きい。そして本発明の全反射鏡基板３の大
部分を占めるシリコン基板１はモリブデンやタン
グステン素材よりもはるかに安く、且つシリコン
材も高価な単結晶材を使用する必要がなく、安価
な多結晶材を使用することが出来るので、全体的
なコストを低下させることが出来る。
本発明の全反射鏡基板３の大部分を占めるシリ
コン基板１はそれ自身、熱伝導度が0.33cal／
cm・Ｋ、Ｓと高く、モリブデン（0.32cal／cm・
Ｋ、Ｓ）、タングステン（0.4cal／cm・Ｋ、Ｓ）
と同程度の値を示し、炭酸ガスレーザ光によつて
発生する熱を逃がすのに最適な材料である。また
線膨張係数もモリブデン（5.0×10-6／℃）、タン
グステン（4.5×10-6／℃）の値より小さく（2.5
×10-6／℃）、熱変形を受け難く、優れている。
更に機械強度にも優れ、銅基板等のように取付け
時の強い力によつて生ずる永久変形が起きない。
即ち、本発明の全反射鏡基板３はシリコン基板１
の利点を全て利用し、シリコン基板１の唯一のの
欠点である炭酸ガスレーザ光吸収の問題点をその
表面にモリブデン、タングステン等の硬質金属板
で覆うことにより解決したものである。
コン基板１はそれ自身、熱伝導度が0.33cal／
cm・Ｋ、Ｓと高く、モリブデン（0.32cal／cm・
Ｋ、Ｓ）、タングステン（0.4cal／cm・Ｋ、Ｓ）
と同程度の値を示し、炭酸ガスレーザ光によつて
発生する熱を逃がすのに最適な材料である。また
線膨張係数もモリブデン（5.0×10-6／℃）、タン
グステン（4.5×10-6／℃）の値より小さく（2.5
×10-6／℃）、熱変形を受け難く、優れている。
更に機械強度にも優れ、銅基板等のように取付け
時の強い力によつて生ずる永久変形が起きない。
即ち、本発明の全反射鏡基板３はシリコン基板１
の利点を全て利用し、シリコン基板１の唯一のの
欠点である炭酸ガスレーザ光吸収の問題点をその
表面にモリブデン、タングステン等の硬質金属板
で覆うことにより解決したものである。
発明の効果
以上の説明より明らかなように本発明によれ
ば、シリコン基板上にモリブデン、或はタングス
テン等の硬質金属板を一体に設け、この硬質金属
板の表面を研摩しているので、シリコン基板の利
点と、モリブデン、或はタングステン等の利点を
兼ね備え、且つそれぞれの欠点を取除くことがで
きるものであり、以下にその効果を列挙する。
ば、シリコン基板上にモリブデン、或はタングス
テン等の硬質金属板を一体に設け、この硬質金属
板の表面を研摩しているので、シリコン基板の利
点と、モリブデン、或はタングステン等の利点を
兼ね備え、且つそれぞれの欠点を取除くことがで
きるものであり、以下にその効果を列挙する。
(1) 性能評価指数F.M.が高く、大出力炭酸ガス
レーザ光照射に対して歪の発生量が少なく、信
頼性の高いレーザ発振を可能にする。
レーザ光照射に対して歪の発生量が少なく、信
頼性の高いレーザ発振を可能にする。
(2) 軽量であるので、全反射鏡製作時の取扱い、
或は出来上つた全反射鏡の取扱いが容易であ
る。
或は出来上つた全反射鏡の取扱いが容易であ
る。
(3) 安価な高信頼性の全反射鏡を提供することが
出来るので、レーザシステム全体のコスト低下
を図ることができる。
出来るので、レーザシステム全体のコスト低下
を図ることができる。
(4) 高反射膜が破損しても基板まで破壊しないの
で、システムとしての安全性に寄与する。
で、システムとしての安全性に寄与する。
(5) 機械的強度が高いので、取付け時の歪の問題
が銅等に比べて少なく、扱い易い。
が銅等に比べて少なく、扱い易い。
第１図は本発明の炭酸ガスレーザ用全反射鏡基
板の一実施例を示す断面図、第２図は各種基板材
料の性能評価指数を比較した説明図である。 １……シリコン基板、３……モリブデン、或は
タングステン等の硬質金属板、３……全反射鏡基
板。
板の一実施例を示す断面図、第２図は各種基板材
料の性能評価指数を比較した説明図である。 １……シリコン基板、３……モリブデン、或は
タングステン等の硬質金属板、３……全反射鏡基
板。
Claims (1)
- １ シリコン基板上にモリブデン、或はタングス
テン等の硬質金属板を設け、この硬質金属板の表
面を研摩したことを特徴とする炭酸ガスレーザ用
全反射鏡基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59245238A JPS61123801A (ja) | 1984-11-20 | 1984-11-20 | 炭酸ガスレ−ザ用全反射鏡基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59245238A JPS61123801A (ja) | 1984-11-20 | 1984-11-20 | 炭酸ガスレ−ザ用全反射鏡基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61123801A JPS61123801A (ja) | 1986-06-11 |
| JPH0413681B2 true JPH0413681B2 (ja) | 1992-03-10 |
Family
ID=17130711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59245238A Granted JPS61123801A (ja) | 1984-11-20 | 1984-11-20 | 炭酸ガスレ−ザ用全反射鏡基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61123801A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2536491B2 (ja) * | 1986-08-25 | 1996-09-18 | 三菱マテリアル株式会社 | 反射鏡用複合ろう付け部材 |
| JPS63144304A (ja) * | 1986-12-08 | 1988-06-16 | Toshiba Corp | レ−ザ用金属ミラ−及びその製造方法 |
| US5083139A (en) * | 1990-04-06 | 1992-01-21 | Sony Corporation | Thermal head formed of a flat cable encapsulated in a supporting body |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57114103A (en) * | 1981-01-06 | 1982-07-15 | Agency Of Ind Science & Technol | Manufacture of mirror for infrared laser |
| JPS5861247A (ja) * | 1981-10-07 | 1983-04-12 | Toshiba Corp | レ−ザ光反射材料及びその製造方法 |
-
1984
- 1984-11-20 JP JP59245238A patent/JPS61123801A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61123801A (ja) | 1986-06-11 |
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