JPH0483385A - 気体レーザ装置 - 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、放電を利用してレーザ励起を行なう気体レー
ザ装置に関するものである。

［従来の技術］ 第７図は例えば特開昭６４−６９０８３号に開示された
従来の気体レーザ装置を示す概略斜視図、第８図は第７
図のＡ−Ａ線断面図である。図において、（１）はマイ
クロ波発振器であるマグネトロン、（２）は導波管、（
４）はマイクロ波結合窓、（５）はレーザ共振器用ミラ
ー　（６）はレーザヘッド部である。

（１１）はマグネトロンにより発振したマイクロ波を導
波管（２）に放射するためのマグネトロンアンテナであ
る。レーザヘッド部（６）はマイクロ波回路の一種であ
るリッジ導波管型のマイクロ波空胴の構造をもち、（６
１）はマイクロ波結合窓（４）に続く空胴壁、（６２）
および（６３）は空胴壁面の中央部に形成されたリッジ
、（６４）はこの一方のリッジに形成された溝であり、
（６５）はマイクロ波放電回路を形成する導電体壁であ
って、この例では溝（６４）の壁面が使用される。（６
Ｂ）はこの導電体壁（６５）に対向して設けられたたと
えばアルミナセラミックス等の誘電体であり、（６７）
はこの誘電体（６Ｂ）が上記溝（Ｂ４）を覆うことによ
り上記誘電体壁（６５）と誘電体で（６Ｂ）との間に形
成される放電空間であって、この放電空間（６７）に例
えばＣ０２レーザガスなどのレーザ気体が封入されてい
る。また、（６８）はりツジ（６２）および（６３）に
形成された冷却水路である。

以上のように構成された気体レーザ装置においては、マ
グネトロン（１）で発生されたマイクロ波は導波管（２
）を通りマイクロ波結合窓（４）でインピーダンスマツ
チングをとることにより効率よくレーザヘッド部（６）
に結合され、マイクロ波はリッジ（８２）、（８３）の
間に集中する。この集中したマイクロ波の強い電界によ
り放電空間（６７）に封入されたレーザ気体が放電破壊
してプラズマを発生し、レーザ媒質が励起される。ここ
で、冷却水路（６８）に冷却水を流し、放電プラズマを
冷却するとともに、レーザ気体の圧力などの放電条件を
適当に選ぶことによりレーザ条件が得られ、対向するレ
ーザ共振器ミラー（５）により増幅することによってレ
ーザ発振光が得られる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような気体レーザ装置では、取り出されるレーザ
ビーム（８）の寸法は放電空間（８７）より小さくなり
、放電空間（６７）が偏平であるため、このような偏平
または非常に小さな矩形や円状のビームしか取り出すこ
とができなかった。このレーザビーム（８）を集光して
加工などに用いるためには、取り出したレーザビーム（
８）を気体レーザ装置の外部に設けたビームエキスパン
ダなどのビーム変換装置により集光性のよいレーザビー
ムに変換することが必要であった。また、上記のような
構成の気体レーザ装置から取り出した矩形または円形の
レーザビーム（８）の偏光状態は直線偏光となっており
、加工方向によって異方性がある。これをなくすため、
位相調整装置を外部に設けてビームの円偏光化を図る必
要があった。以上のように、装置の外部にビーム変換装
置や位相調整装置が必要であるため、全体として装置が
大きくなり、価格的にも高くなるという問題があった。

本発明は、上記のような従来の気体レーザ装置の問題点
を解決するためになされたもので、集光性のよい加工性
の優れたレーザビームを取り出すことができる安価でコ
ンパクトな気体レーザ装置を提供しようとするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係わる気体レーザ装置は、導波管及びマイクロ
波回路の一端部近傍に配置され、レーザ共振器用の一方
のミラーから出射されたレーザビームを導波管に導く少
なくとも２枚のビーム反射ミラーと、導波管の一端部に
設けられ、ビーム反射ミラーによって導かれたレーザビ
ームを受け入れるレーザビーム導入孔と、導波管の他端
部に設けられ、導波管中を伝搬したレーザビームを外部
に放出させるレーザビーム取出孔とを備えるようにした
ものである。

更に、導波管の他端部に設けられたレーザビーム取出孔
の近傍にコリメーションレンズを設けるようにしてもよ
い。

また、少なくとも２枚のビーム反射ミラーのうち一つを
レーザビームを円偏光化する１７４波長位相差板とする
ことも考えられる。

更に、レーザビーム取出孔から外部に放出されたレーザ
ビームを導波管に折り返して導＜１／４波長位相差板及
び少なくとも１枚の折返用ビーム反射ミラーと、導波管
の他端に設けられ、１／４波長位相差板及び折返用ビー
ム反射ミラーに導かれたレーザビームを受け入れる折返
用レーザビーム導入孔と、導波管の一端部に設けられ、
導波管中を折り返して伝搬したレーザビームを外部に放
出させる折返用レーザビーム取出孔を備えるようにして
いる。

［作　用］ 本発明においては、マイクロ波回路の偏平な放電空間に
発生し、共振器用のミラーから出射されたレーザビーム
を少なくとも２枚のビーム反射ミラーで導波管に導き、
レーザビーム導入孔より導波管内に受け入れられたレー
ザビームを導波管中を伝搬させ、レーザビーム取出孔よ
り外部に放出させるようにしたから、レーザビームが導
波管中を伝搬させられることによりビーム径が拡大され
ることとなり、ビームの集光性を向上させるビーム径の
調整が行えることとなった。また、レーザビーム取出孔
の近傍にコリメーションレンズが設けられているから、
ビームの拡がり角を小さくてき、ビーム径の調整が容易
となった。

更に、共振器用のミラーから出射されたレーザビームを
、少なくとも１枚のビーム反射ミラーと１／４波長位相
差板とで導波管に導くようにしたから、ビーム折り曲げ
時に直線偏光のレーザビームが円偏光化され、加工方向
の異方性がなくなった。

更にまた、導波管のレーザビーム取出孔から外部に放出
されたレーザビームを１７４波長位相差板及び少なくと
も１枚の折返用ビーム反射ミラーによって導波管に折返
して導き、導波管中を更に伝搬させるようにしているか
ら、レーザビームが導波管中を二度伝搬させられること
によりビーム径がより一層拡大されると共に導波管に折
返して、導かれるレーザビームのビーム折り曲げ時に直
線偏光のレーザビームが円偏光化される。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第
１図は本発明の一実施例の要部を示す断面図、第２図は
同実施例の気体レーザ装置を示す概略斜視図である。

図におい七、（２１）は導波管（２）の終端部に設けら
れたレーザビーム導入孔、（２２）は導波管（２）の始
端部に設けられたレーザビーム取出孔、（２３）　。

（２４）は導波管（２）の端部壁面に設けたレーザビー
ム導入孔（２１）およびレーザビーム取出孔（２２）か
らマイクロ波が洩れないようにするために取り付けられ
たカットオフバイブである。（５ａ）　、　（５ｂ）は
マイクロ波回路であるレーザヘッド部（６）の両端部に
設けられた共振器用ミラーで、（５ａ）は全反射ミラー
　（５ｂ〉はビーム取出ミラーである。（５３）はレー
ザヘッド部（６）の図において左端部に設けられたビー
ム取出窓、（５５）、（５Ｂ）は導波管（２）及びレー
ザヘッド部（６）の図において左端部近傍に配置された
ビーム反射ミラー　（７１）は共振器用ミラー（５ａ）
　、　（５ｂ）を保持するミラーホルダー　（７２）　
、　（７１）はミラーホルダー（７１）に取り付けられ
るミラー押え、（８０）はレーザビーム取出孔（２２）
の近傍に設けられたコリメーションレンズである。また
、（８）はレーザビームである。

次に、上記実施例の動作について説明する。

ビーム取出窓（５３）から取り出したレーザビーム（８
）をビーム反射ミラー（５５＞　、　＜５８）により折
り曲げて、カットオフパイプ（２８）、レーザビーム導
入孔（２１）を通して導波管（２）の中に導入、伝搬し
、レーザビーム取出孔（２２）、カットオフパイプ（２
４）を通してレーザビームを導波管（２）から取り出す
。

このように導波管（２）の端部管壁にレーザビーム導入
孔（２１）およびレーザビーム取出孔（２２）のように
孔をあけた場合には、この孔からマイクロ波の洩れるこ
とが問題になるが、レーザビーム導入孔（２１）および
レーザビーム取出孔（２２）にカットオフバイブ（２１
）　、　（２４）を設けたので、マイクロ波が導波管（
２）の外部に洩れることはない。中空の導波管（２）の
中を利用して、装置の寸法を大きくすることなしにレー
ザビーム（８）を伝搬距離をとることを可能にした。

ビーム取出窓（５３）から取り出したレーザビーム（８
）の径は、例えば２　ｍｍφ程度であり、このビームを
すぐにレンズなどを用いても十分に集光することができ
ないので加工に供することはできない。

このビームを反射ミラー（５５）　、　＜５８）により
折り曲げて、導波管（２）の中を伝搬し、反対側からレ
ーザビーム（８）を取り出すことにより、伝送距離を０
．８ｍ程度とることができ、導波管（２）から取り出し
たあとのビーム径は１０ｍｍφ程度になるため、このビ
ームはレンズなどによりビーム集光性を向上させるビー
ム径の調整を行って十分集光することができ、例えば金
属やセラミックスの穴あけ、切断などの加工が可能にな
る。

さらに、カットオフパイプ（２４）の近傍にコリメーシ
ョンレンズ（８０）を設けて、ビームの拡がり角を小さ
くすることにより、ビームの集光性がさらに向上するよ
うにな・る。コリメーションレンズ（８０）の働きによ
り、気体レーザ装置から取り出したレーザビーム（８）
は、伝送距離が変化してもビーム径はあまり変わらず、
加工性能も変わらず、安定した加工ができるようになっ
た。レーザビーム（８）を導波管（２）の中央部からず
らしているのは、マグネトロンアンテナ（１１）にレー
ザビーム（８）が当たらないようにするためであり、障
害物のない部分であればどの部分でも伝搬することがで
きる。

上記実施例では、レーザビーム（８）を導波管の一端か
ら入射させ、その反対側から出射するようにしたが、さ
らにレーザ反射ミラーやレーザビーム導入孔や取り出し
孔、カットオフバイブを設けて、再度レーザビームを導
波管中を伝搬することにより、さらにビームの伝搬距離
を長くしてビーム径を大きくすることが可能であること
はいうまでもないことである。

第３図は本発明の他の実施例の要部を示す正面図、第４
図は同実施例の要部側面図である。この実施例では共振
器用ミラー（５ｂ）から取り出したし一ザビーム（８）
をビーム反射ミラー（５５）、（５８）で折り曲げて、
これを１７４波長位相差板（９０）に対してレーザビー
ム（８）が第４図に示す如く装置の中心線（−点鎖線で
表示）から４５＠の角度で入射するようにして、導波管
（２）中に導くことによりり、ビームの円偏光化を図る
ようにしている。直線偏光ビームを１／４波長位相差板
（９０）に対して、ビームの偏光面と１７４波長位相差
板（９０）による反射面とが４５″になるように設定す
ることにより、１／４波長位相差板（９０）で反射され
たビームは円偏光化される。また、第５図及び第６図の
本発明のもう一つの他の実施例の要部を示す正面図及び
側面図に示すように導波管（２）の端部側でビーム折返
し時に、１／４波長位相差板（９０）に対して折返用ビ
ーム反射ミラー（５７）によりレーザビーム（８）が装
置の中心線（−点鎖線で表示）から４５＠の角度で入射
するようにして、再び導波管（２）中に導く構成でも同
様の効果が得られる。

なお、（３３）は導波管（２）の右端部管壁に設けられ
た折返用レーザビーム導入孔、（３４）は導波管（２）
の左端部管壁に設けられた折返用レーザビーム取出孔で
ある。

なお、コリメーションレンズ（８０）としては、通常ビ
ームの伝搬距離と同程度の焦点距離の凸レンズを使用す
る。

［発明の効果］ 本発明は以上説明したように、マイクロ波回路の偏平な
放電空間に発生し、共振器用のミラーから出射されたレ
ーザビームを少なくとも２枚のビーム反射ミラーで導波
管に導き、レーザビーム導入孔より導波管内に受け入れ
られたレーザビームを導波管中を伝搬させ、レーザビー
ム取出孔°より外部に放出させるようにして、導波管の
空間を伝送空間として利用し、ビームの集光性を向上さ
せるようにビーム径を調整することができるようにした
ので、従来のように装置の外部にビーム変換装置を設け
る必要がなく、かつ従来の装置と同じ大きさの安価でコ
ンパクトな集光性のよいレーザビームが得られる気体レ
ーザ装置を実現できるという効果を有する。

また、レーザビーム取出孔の近傍にコリメーションレン
ズを設けてビームの拡がり角を小さくするようにしたの
で、ビームの集光性を向上させるビーム径の調整が容易
となるという効果も有する。

更に、共振器用のミラーから出射されたレーザビームを
、少なくとも１枚のビーム反射ミラーと１／４波長位相
差板とで導波管に導き、レーザビームのビーム折り曲げ
時に直線偏光のレーザビームを円偏光化するようにした
ので、加工方向の異方性がなくなり、加工が容易になる
という効果を有する。

更にまた、導波管のレーザビーム取出孔から外部に放出
されたレーザビームを１／４波長位相差板及び少なくと
も１枚の折返用ビーム反射ミラーによって導波管に折り
返して導き、導波管中を更に伝搬させるようにしたので
、レーザビームが導波管中を二度伝搬させられ、ビーム
径がより一層拡大させられてビーム径の調整が容易とな
ることと併せてレーザビームの円偏光化も行われ、集光
性がよく加工も容易なレーザビームが得られるという効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部を示す断面図、第２図
は同実施例の気体レーザ装置を示す概略斜視図、第３図
は本発明の他の実施例の要部を示す正面図、第４図は同
実施例の要部の側面図、第５図は本発明のもう一つの他
の実施例の要部を示す正面図、第６図は同実施例の要部
の側面図、第７図は従来の気体レーザ装置を示す概略斜
視図、第８図は第７図のＡ−Ａ線断面図である。 図において、（２）は導波管、（５ａ）　、　＜５ｂ）
はレーザ共振器用ミラー　（６）はレーザヘッド部（マ
イクロ波回路）　、（８）はレーザビーム、（２１）は
レーザビーム導入孔、（２２）はレーザビーム取出孔、
（５５）、　（５Ｂ）はビーム反射ミラー　（８０）は
コリメーションレンズである。 なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波発振器から発生させたマイクロ波を導
   波管内に伝送させ、上記導波管に接続されたマイクロ波
   回路における放電空間に上記マイクロ波を結合し、マイ
   クロ波の電界により上記放電空間内のレーザ媒質を放電
   励起するとともに、上記放電空間の両端部に設けられた
   対向するレーザ共振器用のミラーによって増幅してレー
   ザビームを発生するようにした気体レーザ装置において
   、上記導波管及びマイクロ波回路の一端部近傍に配置さ
   れ、上記レーザ共振器用の一方のミラーから出射された
   レーザビームを上記導波管に導く少なくとも２枚のビー
   ム反射ミラーと、上記導波管の一端部に設けられ、上記
   ビーム反射ミラーによって導かれたレーザビームを受け
   入れるレーザビーム導入孔と、上記導波管の他端部に設
   けられ、上記導波管中を伝搬したレーザビームを外部に
   放出させるレーザビーム取出孔とを備えるようにしたこ
   とを特徴とする気体レーザ装置。
2. （２）上記導波管の他端部に設けられたレーザビーム取
   出孔の近傍にコリメーションレンズを設けたことを特徴
   とする請求項１記載の気体レーザ装置。
3. （３）上記少なくとも２枚のビーム反射ミラーのうち一
   つをレーザビームを円偏光化する１／４波長位相差板と
   することを特徴とする請求項１記載の気体レーザ装置。
4. （４）上記レーザビーム取出孔から外部に放出されたレ
   ーザビームを上記導波管に折り返して導く１／４波長位
   相差板及び少なくとも１枚の折返用ビーム反射ミラーと
   、上記導波管の他端に設けられ、上記１／４波長位相差
   板及び折返用ビーム反射ミラーに導かれたレーザビーム
   を受け入れる折返用レーザビーム導入孔と、上記導波管
   の一端部に設けられ、上記導波管中を折り返して伝搬し
   たレーザビームを外部に放出させる折返用レーザビーム
   取出孔を備えるようにしたことを特徴とする請求項１記
   載の気体レーザ装置。