JPH0463557B2 - - Google Patents
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- JPH0463557B2 JPH0463557B2 JP23071587A JP23071587A JPH0463557B2 JP H0463557 B2 JPH0463557 B2 JP H0463557B2 JP 23071587 A JP23071587 A JP 23071587A JP 23071587 A JP23071587 A JP 23071587A JP H0463557 B2 JPH0463557 B2 JP H0463557B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mirror
- laser
- laser beam
- magnifying
- laser device
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08059—Constructional details of the reflector, e.g. shape
- H01S3/08068—Holes; Stepped surface; Special cross-section
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/034—Optical devices within, or forming part of, the tube, e.g. windows, mirrors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08081—Unstable resonators
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明はレーザ装置、とくに大出力レーザ装
置におけるビーム品質の改良に関するものであ
る。
置におけるビーム品質の改良に関するものであ
る。
第７図は例えばレーザハンドブツク（Laser
Handbook 1979.North−Holland Publishing
Campany）に記載された従来の不安定型共振器
を有するレーザ装置を示す断面側面図である。図
において１は凹面鏡よりなるコリメートミラー，
２はこのコリメートミラーでに対向配置された凸
面鏡よりなる拡大ミラーであり、両ミラー１，２
は全反射ミラーをなす。３はレーザ媒質でCo2レ
ーザ等のガスレーザを例にとれば放電などにより
励起されたガス媒質，YAGレーザなどの固体レ
ーザを例にとればフラツシユランプ等により励起
されたガラス媒質であり、４はウインドミラー，
５はウインドミラー面上に施された無反射コーテ
イング膜，６は周囲を覆う箱体，７はミラー１，
２により構成される光共振器内に発生するレーザ
ビーム，８は拡大ミラー周辺部より外部に取出さ
れたレーザビームである。
Handbook 1979.North−Holland Publishing
Campany）に記載された従来の不安定型共振器
を有するレーザ装置を示す断面側面図である。図
において１は凹面鏡よりなるコリメートミラー，
２はこのコリメートミラーでに対向配置された凸
面鏡よりなる拡大ミラーであり、両ミラー１，２
は全反射ミラーをなす。３はレーザ媒質でCo2レ
ーザ等のガスレーザを例にとれば放電などにより
励起されたガス媒質，YAGレーザなどの固体レ
ーザを例にとればフラツシユランプ等により励起
されたガラス媒質であり、４はウインドミラー，
５はウインドミラー面上に施された無反射コーテ
イング膜，６は周囲を覆う箱体，７はミラー１，
２により構成される光共振器内に発生するレーザ
ビーム，８は拡大ミラー周辺部より外部に取出さ
れたレーザビームである。
次に動作について説明する。ミラー１，２はい
わゆる不安定型共振器を構成しており、拡大ミラ
ー２により反射拡大されたレーザビームはレーザ
媒質３により増幅されると共に、コリメートミラ
ー１により平行ビームにコリメートされ、拡大ミ
ラー２及びミラー周辺部上に反射させ、リング状
のビームとしてウインドミラー４より外部にとり
出される。取出されるリング状のレーザビーム８
はほとんど等位相で得られるため，レンズ等によ
り集光することにより中高のビームとなり、鉄板
などの切断、溶接等を効率よくおこなうことがで
きる。
わゆる不安定型共振器を構成しており、拡大ミラ
ー２により反射拡大されたレーザビームはレーザ
媒質３により増幅されると共に、コリメートミラ
ー１により平行ビームにコリメートされ、拡大ミ
ラー２及びミラー周辺部上に反射させ、リング状
のビームとしてウインドミラー４より外部にとり
出される。取出されるリング状のレーザビーム８
はほとんど等位相で得られるため，レンズ等によ
り集光することにより中高のビームとなり、鉄板
などの切断、溶接等を効率よくおこなうことがで
きる。
また、その集光の度合いは取出されるリング状
ビームの内径と外径との比（Ｍ値
（Magnificationfacter））できまり、Ｍ値が大き
いほど、すなわち、より中づまりで取出されたビ
ームほどよく集光される。しかしＭ値を大きくす
ると発振効率が著しく悪化するため、工業的に現
実にもいられるＭ値の上限は２程度である。
ビームの内径と外径との比（Ｍ値
（Magnificationfacter））できまり、Ｍ値が大き
いほど、すなわち、より中づまりで取出されたビ
ームほどよく集光される。しかしＭ値を大きくす
ると発振効率が著しく悪化するため、工業的に現
実にもいられるＭ値の上限は２程度である。
従来のレーザ装置は以上のように構成されてい
るので、集光特性を向上させるためにＭ値を大き
くすると発振効率が悪化するので、実用的にはＭ
値を最高集光性能の得られる無限大近くまであげ
られないという問題点があつた。また、ウインド
ミラー４がリング状のレーザビームにより不均一
に加熱されるため、不均一な内部応力が発生し、
通過するレーザビームの位相分布をくずし、集光
性能を悪化させる等の問題点があつた。
るので、集光特性を向上させるためにＭ値を大き
くすると発振効率が悪化するので、実用的にはＭ
値を最高集光性能の得られる無限大近くまであげ
られないという問題点があつた。また、ウインド
ミラー４がリング状のレーザビームにより不均一
に加熱されるため、不均一な内部応力が発生し、
通過するレーザビームの位相分布をくずし、集光
性能を悪化させる等の問題点があつた。
この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、発振効率の低下を招かずにＭ
値が無限大に近い高品質のレーザビームを取出す
ことができるレーザ装置を容易に得ることを目的
とする。
になされたもので、発振効率の低下を招かずにＭ
値が無限大に近い高品質のレーザビームを取出す
ことができるレーザ装置を容易に得ることを目的
とする。
この発明に係るレーザ装置は、拡大ミラーに部
分透過性をもたせると共に、拡大ミラー及びミラ
ー周辺部の、レーザビーム出射側外面を、上記ミ
ラー周辺部及び拡大ミラー部に反射された二つの
レーザビームを互いの位相差を打消して外部に取
出すように構成したものである。
分透過性をもたせると共に、拡大ミラー及びミラ
ー周辺部の、レーザビーム出射側外面を、上記ミ
ラー周辺部及び拡大ミラー部に反射された二つの
レーザビームを互いの位相差を打消して外部に取
出すように構成したものである。
この発明におけるレーザ装置は拡大ミラー部と
ミラー周辺部とを通過するレーザビーム間の位相
差がなく、位相のそろつたレーザビームをつくり
出す。
ミラー周辺部とを通過するレーザビーム間の位相
差がなく、位相のそろつたレーザビームをつくり
出す。
以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。
る。
第１図はこの発明の一実施例によるレーザ装置
を示す断面側面図であり、図において、４はウイ
ンドミラーを兼ねる凸面鏡であり、コリメートミ
ラー１に対向する面の中央部に部分反射率を有す
る部分反射膜２０が設けられ、拡大ミラーとして
働く。また部分反射膜２０に対応してウインドミ
ラー４の外面即ちレーザビーム出射側の面には段
差２００がもうけられている。
を示す断面側面図であり、図において、４はウイ
ンドミラーを兼ねる凸面鏡であり、コリメートミ
ラー１に対向する面の中央部に部分反射率を有す
る部分反射膜２０が設けられ、拡大ミラーとして
働く。また部分反射膜２０に対応してウインドミ
ラー４の外面即ちレーザビーム出射側の面には段
差２００がもうけられている。
また部分反射膜２０の周辺部、及びレーザビー
ム出射側外面には無反射コーテイング膜５がもう
けられている。
ム出射側外面には無反射コーテイング膜５がもう
けられている。
次に動作について説明する。
コリメートミラー１及び凸面鏡４の部分反射膜
２０部はいわゆる不安定型共振器を構成してお
り、部分反射膜２０で反射拡大されたレーザビー
ム７は、レーザ媒質３により増幅されると共に、
コリメートミラー１により平行ビームにコリメー
トされ、凸面鏡４より外部へレーザビーム８とし
て取出される。このレーザビーム８は部分反射膜
２０を通過する部分と、無反射コーテイング膜５
を通過する部分とでできており、後述の段差２０
０の作用により等位相の中づまり形状のレーザビ
ーム８として外部に取出される。このレーザビー
ム８は中づまりであるため、従来の不安定型共振
器で定義されたＭ値は無限大に相当する。
２０部はいわゆる不安定型共振器を構成してお
り、部分反射膜２０で反射拡大されたレーザビー
ム７は、レーザ媒質３により増幅されると共に、
コリメートミラー１により平行ビームにコリメー
トされ、凸面鏡４より外部へレーザビーム８とし
て取出される。このレーザビーム８は部分反射膜
２０を通過する部分と、無反射コーテイング膜５
を通過する部分とでできており、後述の段差２０
０の作用により等位相の中づまり形状のレーザビ
ーム８として外部に取出される。このレーザビー
ム８は中づまりであるため、従来の不安定型共振
器で定義されたＭ値は無限大に相当する。
第２図ａ，ｂは各々従来及びこの発明の一実施
例による不安定型共振器で発生したレーザビーム
をレンズで集光させた場合のパターン形状を模式
的に示す特性図であり、横軸は光軸からの距離，
縦軸はビーム強度である。
例による不安定型共振器で発生したレーザビーム
をレンズで集光させた場合のパターン形状を模式
的に示す特性図であり、横軸は光軸からの距離，
縦軸はビーム強度である。
この例では両者の発振特性をほぼ同一にするた
め部分反射膜２０の反射率は50％，また部分反射
膜２０の径とビーム外径との比は1.5とした。（即
ち、Ｍ＝1.5の従来の不安定型共振器の拡大ミラ
ー２に50％の部分透過性をもたせて、この発明の
不安定型共振器とした。） また凸面鏡４の両面の曲率は同一とし（厚みを
一定とし）、レーザビーム８が凸面鏡４を通過後
も平行ビームであるようにした。第２図ａ，ｂを
比較するとこの発明による実施例（第２図ｂ）で
はレーザビームはより細く軸中心にしぼられてい
るばかりでなく、軸上の強度も著しく上昇してい
ることがわかる。
め部分反射膜２０の反射率は50％，また部分反射
膜２０の径とビーム外径との比は1.5とした。（即
ち、Ｍ＝1.5の従来の不安定型共振器の拡大ミラ
ー２に50％の部分透過性をもたせて、この発明の
不安定型共振器とした。） また凸面鏡４の両面の曲率は同一とし（厚みを
一定とし）、レーザビーム８が凸面鏡４を通過後
も平行ビームであるようにした。第２図ａ，ｂを
比較するとこの発明による実施例（第２図ｂ）で
はレーザビームはより細く軸中心にしぼられてい
るばかりでなく、軸上の強度も著しく上昇してい
ることがわかる。
つぎに段差２００の作用について述べる。
レーザビーム７０，７１はそれぞれウインドミ
ラー４のうち２種類のコーテイング膜２０，５が
施された部分を通過して外部に取出される。コー
テイング膜の種類によつて通過するレーザビーム
に与えられる位相変化は異なるため、段差２００
がなくウインドミラー４の厚みが一定であればレ
ーザビーム７０と７１との間には位相差が生じ
る。
ラー４のうち２種類のコーテイング膜２０，５が
施された部分を通過して外部に取出される。コー
テイング膜の種類によつて通過するレーザビーム
に与えられる位相変化は異なるため、段差２００
がなくウインドミラー４の厚みが一定であればレ
ーザビーム７０と７１との間には位相差が生じ
る。
第３図にはウインドミラー４内面の部分反射膜
２０を通過するレーザビームに与えられる位相
と、無反射コーテイング膜５を通過するレーザビ
ームに与えられる位相との差に対しての集光特性
の計算例を示す。集光特性としてはレーザビーム
をレンズでしぼつた時のビーム強度が中央の１／
e2になる直径できめた集光スポツト径とその径内
に全体の何％パワーが含まれるかを示すパワー集
中度とを示す。
２０を通過するレーザビームに与えられる位相
と、無反射コーテイング膜５を通過するレーザビ
ームに与えられる位相との差に対しての集光特性
の計算例を示す。集光特性としてはレーザビーム
をレンズでしぼつた時のビーム強度が中央の１／
e2になる直径できめた集光スポツト径とその径内
に全体の何％パワーが含まれるかを示すパワー集
中度とを示す。
前者が小さいほどレーザビームは細くしぼれ、
また後者が大きいほど細くしぼれた範囲内に大量
のパワーを集中でき、したがつて効率的な加工が
できるため、集光特性がよいと判断できる。第３
図より集光スポツト径を小さく、またパワー集中
度を高くたもつためには位相差は約45゜以内にた
もたれる必要があることがわかる。しかし、たと
えばCO2レーザ用のミラーを例にとつてもこの位
相差が60゜以上になることはしばしば観測される。
また後者が大きいほど細くしぼれた範囲内に大量
のパワーを集中でき、したがつて効率的な加工が
できるため、集光特性がよいと判断できる。第３
図より集光スポツト径を小さく、またパワー集中
度を高くたもつためには位相差は約45゜以内にた
もたれる必要があることがわかる。しかし、たと
えばCO2レーザ用のミラーを例にとつてもこの位
相差が60゜以上になることはしばしば観測される。
段差２００はこの位相差を打消すべく構成され
る。第１図に示す例ではレーザビーム７０，７１
が各々通過する、ウインドミラー外面に段差２０
０を設けて、各々の厚みに変化をもたせている。
る。第１図に示す例ではレーザビーム７０，７１
が各々通過する、ウインドミラー外面に段差２０
０を設けて、各々の厚みに変化をもたせている。
例えばウインドミラー４の部分反射膜２０を通
過するレーザビームに与えられる位相が、無反射
コーテイング膜５を通過するレーザビームに与え
られる位相よりδ（degree）進んでいるとする。
これを補正するための段差２００の深さにｄは （ｎ−１）ｄ／λ＝δ により求められる。
過するレーザビームに与えられる位相が、無反射
コーテイング膜５を通過するレーザビームに与え
られる位相よりδ（degree）進んでいるとする。
これを補正するための段差２００の深さにｄは （ｎ−１）ｄ／λ＝δ により求められる。
ただし、ｎはウインドミラー４の材質の屈折
率、λはレーザビームの波長である。
率、λはレーザビームの波長である。
なお上記実施例では段差２００は凹状のものを
示したが、部分反射膜２０の構成によつては第４
図に示すごとく凸状にしないで位相の打消しがで
きないこともある。またレーザビーム７０と７１
との間の位相補償は段差により実現する例を示し
たが第５図に示すように構成の異なる無反射コー
テイング膜５，５０をもちいてもよい。たとえば
CO2レーザ用のミラーを例にとれば、基盤
（ZnSe）にPbF21層をもちいても、ZnSe，ThF42
層をもちいても無反射コーテイング膜が実現でき
るがこの場合両膜を通過することによる位相差は
20゜以上である。要は中央部とその周囲とで構成
を工夫して位相差が生じるような構成であればよ
い。
示したが、部分反射膜２０の構成によつては第４
図に示すごとく凸状にしないで位相の打消しがで
きないこともある。またレーザビーム７０と７１
との間の位相補償は段差により実現する例を示し
たが第５図に示すように構成の異なる無反射コー
テイング膜５，５０をもちいてもよい。たとえば
CO2レーザ用のミラーを例にとれば、基盤
（ZnSe）にPbF21層をもちいても、ZnSe，ThF42
層をもちいても無反射コーテイング膜が実現でき
るがこの場合両膜を通過することによる位相差は
20゜以上である。要は中央部とその周囲とで構成
を工夫して位相差が生じるような構成であればよ
い。
また拡大ミラーとして第６図に示すように凹面
鏡４１をもちいる構成としてもよい。
鏡４１をもちいる構成としてもよい。
以上のようにこの発明によれば不安定型共振器
の拡大ミラーに部分透過性をもたせると共に、拡
大ミラー及びミラー周辺部の、レーザビーム出射
側外面を上記ミラー周辺部及び拡大ミラー部に反
射された二つのレーザビームを互いの位相差を打
消して外部に取出す構成としたので、発振効率を
犠牲にすることなく中づまりの集光特性のよいレ
ーザビームが得られ、したがつてこのレーザビー
ムを利用することにより高速で効率よく高精度の
レーザ加工をおこなうことができるという効果が
ある。また、レーザビームはウインドミラーを全
体に加熱するため、熱応力が発生しにくく安定し
た長期間ビームを取出すことができるという効果
もある。
の拡大ミラーに部分透過性をもたせると共に、拡
大ミラー及びミラー周辺部の、レーザビーム出射
側外面を上記ミラー周辺部及び拡大ミラー部に反
射された二つのレーザビームを互いの位相差を打
消して外部に取出す構成としたので、発振効率を
犠牲にすることなく中づまりの集光特性のよいレ
ーザビームが得られ、したがつてこのレーザビー
ムを利用することにより高速で効率よく高精度の
レーザ加工をおこなうことができるという効果が
ある。また、レーザビームはウインドミラーを全
体に加熱するため、熱応力が発生しにくく安定し
た長期間ビームを取出すことができるという効果
もある。
第１図はこの発明の一実施例によるレーザ装置
を示す断面側面図、第２図ａ，ｂは各々従来及び
この発明の一実施例によるレーザ装置の集光特性
を示す特性図、第３図は位相補償の必要性を説明
する説明図、第４図，第５図，及び第６図は各々
この発明の他の実施例によるレーザ装置を示す断
面側面図、並びに第７図は従来のレーザ装置を示
す断面側面図である。 １はコリメートミラー、３はレーザ媒質、４は
凸面鏡、５は無反射コーテイング膜、７，８はレ
ーザビーム、２０は部分反射膜、４１は凹面鏡、
２００は段差、なお、図中、同一符号は同一また
は相当部分を示す。
を示す断面側面図、第２図ａ，ｂは各々従来及び
この発明の一実施例によるレーザ装置の集光特性
を示す特性図、第３図は位相補償の必要性を説明
する説明図、第４図，第５図，及び第６図は各々
この発明の他の実施例によるレーザ装置を示す断
面側面図、並びに第７図は従来のレーザ装置を示
す断面側面図である。 １はコリメートミラー、３はレーザ媒質、４は
凸面鏡、５は無反射コーテイング膜、７，８はレ
ーザビーム、２０は部分反射膜、４１は凹面鏡、
２００は段差、なお、図中、同一符号は同一また
は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 部分透過率を有し、凹または凸面鏡よりなる
拡大ミラーと、この拡大ミラーに対向配置され、
上記拡大ミラーで反射され拡大されたレーザビー
ムを、上記拡大ミラー及びミラー周辺部上に反射
させるコリメートミラーとからなる不安定型共振
器を有し、上記拡大ミラー及び上記ミラー周辺部
のレーザビーム出射側外面において上記ミラー周
辺部及び上記拡大ミラー部に反射された二つのレ
ーザビームを互いの位相差を打消して外部に取出
すように構成したレーザ装置。 ２ 拡大ミラーは凹または凸面鏡の中央部に部分
反射率を有する反射鏡を設けて形成されている特
許請求の範囲第１項記載のレーザ装置。 ３ 凹または凸面鏡の両面の曲率は同一である特
許請求の範囲第２項記載のレーザ装置。 ４ レーザビーム出射側外面に拡大ミラーとミラ
ー周辺部とに対応して段差を設けた特許請求の範
囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のレーザ
装置。 ５ レーザビーム出射側外面にミラー周辺部と拡
大ミラー部とに対応して構成の異なる薄膜を設け
た特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか
に記載のレーザ装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62230715A JPS6473686A (en) | 1987-09-14 | 1987-09-14 | Laser device |
| KR1019870013766A KR910002229B1 (ko) | 1986-12-08 | 1987-12-03 | 레이저 장치 |
| EP87118176A EP0271809B1 (en) | 1986-12-08 | 1987-12-08 | Laser apparatus |
| DE8787118176T DE3764783D1 (de) | 1986-12-08 | 1987-12-08 | Laserapparat. |
| US07/432,357 US5058123A (en) | 1986-12-08 | 1989-11-08 | Laser apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62230715A JPS6473686A (en) | 1987-09-14 | 1987-09-14 | Laser device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6473686A JPS6473686A (en) | 1989-03-17 |
| JPH0463557B2 true JPH0463557B2 (ja) | 1992-10-12 |
Family
ID=16912172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62230715A Granted JPS6473686A (en) | 1986-12-08 | 1987-09-14 | Laser device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6473686A (ja) |
-
1987
- 1987-09-14 JP JP62230715A patent/JPS6473686A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6473686A (en) | 1989-03-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |