JPH0644648B2 - レーザ装置 - Google Patents
レーザ装置Info
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- JPH0644648B2 JPH0644648B2 JP31252487A JP31252487A JPH0644648B2 JP H0644648 B2 JPH0644648 B2 JP H0644648B2 JP 31252487 A JP31252487 A JP 31252487A JP 31252487 A JP31252487 A JP 31252487A JP H0644648 B2 JPH0644648 B2 JP H0644648B2
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- laser beam
- laser
- coating film
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- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
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- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
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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、とくにそのレーザビームの高品
質化に関するものである。
質化に関するものである。
［従来の技術］ 第８図は例えばレーザハンドブック(Laser Handbook 19
79 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構成
図である。図において(1)は凹面鏡よりるコリメートミ
ラー、(2)はこのコリメートミラー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)はレーザ媒質であり、ＣＯ２レー
ザ等のガスレーザを例にとれば、放電等により励起され
たガス媒質、ＹＡＧレーザ等の固体レーザを例にとれ
ば、フラッシュランプ等により励起されたガラス媒質で
ある。(4)はウィンドミラー、(5)はウィンドミラー面上
に施された無反射コーティング膜、(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)は拡大ミラー周囲部より外
部に取り出されたレーザビームである。
79 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構成
図である。図において(1)は凹面鏡よりるコリメートミ
ラー、(2)はこのコリメートミラー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)はレーザ媒質であり、ＣＯ２レー
ザ等のガスレーザを例にとれば、放電等により励起され
たガス媒質、ＹＡＧレーザ等の固体レーザを例にとれ
ば、フラッシュランプ等により励起されたガラス媒質で
ある。(4)はウィンドミラー、(5)はウィンドミラー面上
に施された無反射コーティング膜、(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)は拡大ミラー周囲部より外
部に取り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ともに、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)及びミラー周囲部上に反射され、リング状の
ビームとしてウィンドミラー(4)より外部に取り出され
る。取り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、レンズ等で集光することによ
り中高のビームとなり、鉄板などの切断、溶接等を効率
よく行なうことができる。
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ともに、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)及びミラー周囲部上に反射され、リング状の
ビームとしてウィンドミラー(4)より外部に取り出され
る。取り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、レンズ等で集光することによ
り中高のビームとなり、鉄板などの切断、溶接等を効率
よく行なうことができる。
また、その集光の度合は取り出されるリング状ビームの
内径と外径との比（Ｍ値(Magnification facter)）でき
まり、Ｍ値が大きいほど、即ちより中づまりで取り出さ
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
ちられるＭ値の上限は２程度である。
内径と外径との比（Ｍ値(Magnification facter)）でき
まり、Ｍ値が大きいほど、即ちより中づまりで取り出さ
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
ちられるＭ値の上限は２程度である。
［発明が解決しようとする問題点］ 従来のレーザ装置は以上のように構成されていたので、
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
率が悪化するため、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った問題点があ
った。また、ウィンドミラー(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った。
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
率が悪化するため、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った問題点があ
った。また、ウィンドミラー(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った。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たものであり、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り出すことのできるレ
ーザ装置を容易に得ることを目的とする。
たものであり、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り出すことのできるレ
ーザ装置を容易に得ることを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ この発明に係わるレーザ装置は、拡大ミラーを凹または
凸面鏡で構成し、コリメートミラーとの対向面中央に部
分反射膜を、その周囲部に無反射コーティング膜を施
し、上記部分反射膜の厚みが上記凹または凸面鏡中央部
とその周囲部を通過するレーザビームを等位相化するよ
うに調整したものである。
凸面鏡で構成し、コリメートミラーとの対向面中央に部
分反射膜を、その周囲部に無反射コーティング膜を施
し、上記部分反射膜の厚みが上記凹または凸面鏡中央部
とその周囲部を通過するレーザビームを等位相化するよ
うに調整したものである。
［作用］ この発明における拡大ミラーは、レーザビームの一部を
透過させることにより、そのビーム形状を従来のリング
状から中づまり状のレーザビームとして取り出す。さら
に厚みの調整された部分反射膜によりその中づまり状の
レーザビームは等位相化される。
透過させることにより、そのビーム形状を従来のリング
状から中づまり状のレーザビームとして取り出す。さら
に厚みの調整された部分反射膜によりその中づまり状の
レーザビームは等位相化される。
［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図はこの発明の一実施例によるレーザ装置う示す断
面構成図であり、図において、(40)はウィンドミラーを
かねる凸面鏡であり、その外側に無反射コーティング膜
(5)が施され、さらに内側のコリメートミラー(1)との対
向面の中央部には部分反射膜(20)が、その周囲部には無
反射コーティング膜(5)が施され、さらに厚み調整用の
コーティング膜(22)が部分反射膜(20)の上に施されてい
る。
面構成図であり、図において、(40)はウィンドミラーを
かねる凸面鏡であり、その外側に無反射コーティング膜
(5)が施され、さらに内側のコリメートミラー(1)との対
向面の中央部には部分反射膜(20)が、その周囲部には無
反射コーティング膜(5)が施され、さらに厚み調整用の
コーティング膜(22)が部分反射膜(20)の上に施されてい
る。
次に動作について説明する。
コリメートミラー(1)および凸面鏡(40)の部分反射膜(2
0)部はいわゆる不安定型共振器を構成しており、凸面鏡
(40)の部分反射膜(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ともに、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(40)より外部へレーザビーム(8)として取り出さ
れる。このレーザビーム(8)は、部分反射膜(20)および
コーティング膜(22)を通過する部分と、無反射コーティ
ング膜(5)を通過する部分とでできており、部分反射膜
(20)を通過する部分は部分透過性を持つので、レーザビ
ームは中づまりであり、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。
0)部はいわゆる不安定型共振器を構成しており、凸面鏡
(40)の部分反射膜(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ともに、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(40)より外部へレーザビーム(8)として取り出さ
れる。このレーザビーム(8)は、部分反射膜(20)および
コーティング膜(22)を通過する部分と、無反射コーティ
ング膜(5)を通過する部分とでできており、部分反射膜
(20)を通過する部分は部分透過性を持つので、レーザビ
ームは中づまりであり、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。
この実験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(40)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(40)を通過後も平行ビ
ームであるようにした。第２図(a)(b)で示される各集光
性能を比較すると、この発明によるものでは（第２図
(b)）、中央強度が高く、かつ光軸上に集中したレーザ
ビームが得られることがわかる。
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。
この実験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(40)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(40)を通過後も平行ビ
ームであるようにした。第２図(a)(b)で示される各集光
性能を比較すると、この発明によるものでは（第２図
(b)）、中央強度が高く、かつ光軸上に集中したレーザ
ビームが得られることがわかる。
次にこの発明による拡大ミラーの設計について説明す
る。上記コーティング膜(22)の厚みは上記無反射コーテ
ィング膜(5)と部分反射膜(20)及びコーティング膜(22)
を通過するレーザビーム間の位相差が小さく、なおかつ
上記コーティング膜(22)及び部分反射膜(20)でレーザビ
ームが部分反射されるように決定される。第３図は集光
点での軸上強度の1/e2倍になる点の直径（スポット径）
及びその径内に含まれるレーザパワーの全体に対する割
合（パワー集中度）と位相差との関係を各々曲線Ａ及び
Ｂにより示す特性図である。この曲線は波動計算により
共振器内に発生するレーザビーム、及びそれを用いて集
光点での強度分布を計算した結果にもどずくものであ
る。スポット径が小さく、パワー集中度が大きいほど集
光性能が良いと判断できる。
る。上記コーティング膜(22)の厚みは上記無反射コーテ
ィング膜(5)と部分反射膜(20)及びコーティング膜(22)
を通過するレーザビーム間の位相差が小さく、なおかつ
上記コーティング膜(22)及び部分反射膜(20)でレーザビ
ームが部分反射されるように決定される。第３図は集光
点での軸上強度の1/e2倍になる点の直径（スポット径）
及びその径内に含まれるレーザパワーの全体に対する割
合（パワー集中度）と位相差との関係を各々曲線Ａ及び
Ｂにより示す特性図である。この曲線は波動計算により
共振器内に発生するレーザビーム、及びそれを用いて集
光点での強度分布を計算した結果にもどずくものであ
る。スポット径が小さく、パワー集中度が大きいほど集
光性能が良いと判断できる。
例えば位相差が０°から45°程度内に打ち消されていれ
ば、パワー集中度、スポット径ともほぼ同一であるが、
100°以上の位相差が生じた場合はとくにスポット径が
著しく悪化し、集光性能が悪化することがわかる。
ば、パワー集中度、スポット径ともほぼ同一であるが、
100°以上の位相差が生じた場合はとくにスポット径が
著しく悪化し、集光性能が悪化することがわかる。
この位相差とコーティング膜(22)の膜厚との関係を第４
図に示す。この例はZnSeの基板上にPbF2（屈折率1.55）
を1.7μｍ施して無反射コーティング膜(5)を形成し、一
方、中央部にはZnSe基板上にPbF2を2.9μｍ施して50％
の部分反射膜とした場合に、その厚みをさらにどのくら
い厚くしていくと中央部の透過率（曲線Ｃ）、中央部と
周囲部とを通過するビーム間の位相差（曲線Ｄ）がいか
になるかを示すものである。第４図から第２図(b)に示
すような特性を得るために透過率50％、位相差45°以内
になるにはコーティング膜(22)の厚さは約６μｍである
ことがわかる。工業的製法を考えるとこのように厚い薄
膜を形成することは高価であるが、この発明例では中央
部のみを厚くするので、その面積は小さく、その高価格
化を軽減できる。また、中央部の部分反射膜(20)やコー
ティング膜(22)は周囲部の無反射コーティング膜(5)と
独立して形成されているためその設計の自由度が増す。
図に示す。この例はZnSeの基板上にPbF2（屈折率1.55）
を1.7μｍ施して無反射コーティング膜(5)を形成し、一
方、中央部にはZnSe基板上にPbF2を2.9μｍ施して50％
の部分反射膜とした場合に、その厚みをさらにどのくら
い厚くしていくと中央部の透過率（曲線Ｃ）、中央部と
周囲部とを通過するビーム間の位相差（曲線Ｄ）がいか
になるかを示すものである。第４図から第２図(b)に示
すような特性を得るために透過率50％、位相差45°以内
になるにはコーティング膜(22)の厚さは約６μｍである
ことがわかる。工業的製法を考えるとこのように厚い薄
膜を形成することは高価であるが、この発明例では中央
部のみを厚くするので、その面積は小さく、その高価格
化を軽減できる。また、中央部の部分反射膜(20)やコー
ティング膜(22)は周囲部の無反射コーティング膜(5)と
独立して形成されているためその設計の自由度が増す。
なお、上記実施例では部分反射膜(20)は単一膜のものを
示したが、第５図に示すように二層またはそれ以上の複
数よりなるものであってもよい。
示したが、第５図に示すように二層またはそれ以上の複
数よりなるものであってもよい。
また、コーティング膜(22)についても第６図に示すよう
に複数の膜により構成されていても良い。
に複数の膜により構成されていても良い。
また、拡大ミラーは第７図に示すように凹面鏡(41)であ
ってもよい。
ってもよい。
［発明の効果］ 以上のように、この発明によればレーザ装置の拡大ミラ
ーを凹または凸面鏡で構成し、コリメートミラーとの対
向面中央部に部分反射膜を、その周囲部に無反射コーテ
ィング膜を施し、上記部分反射膜の厚みが上記凹または
凸面鏡中央部とその周囲部を通過するレーザビームを等
位相化するように調整したので、発振効率を犠牲にする
ことなく中づまりの集光性能の良いレーザビームが得ら
れるとともに、レーザビームはウィ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て長期間ビー
ムを取り出すことができる効果がある。さらにミラー中
央部のみに厚いコーティング膜を形成するので安価に等
位相化が実現できる効果がある。
ーを凹または凸面鏡で構成し、コリメートミラーとの対
向面中央部に部分反射膜を、その周囲部に無反射コーテ
ィング膜を施し、上記部分反射膜の厚みが上記凹または
凸面鏡中央部とその周囲部を通過するレーザビームを等
位相化するように調整したので、発振効率を犠牲にする
ことなく中づまりの集光性能の良いレーザビームが得ら
れるとともに、レーザビームはウィ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て長期間ビー
ムを取り出すことができる効果がある。さらにミラー中
央部のみに厚いコーティング膜を形成するので安価に等
位相化が実現できる効果がある。
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
面構成図、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におけるレーザビームの集光特
性を示す特性図、第３図は集光点でのスポット径及びパ
ワー集中度と位相差との関係を示す特性図、第４図は部
分反射膜の膜厚と位相差及び透過率との関係を示す特性
図、第５図、及び第６図は各々この発明の他の実施例に
係わる拡大ミラーを示す断面構成図、第７図はこの発明
の他の実施例によるレーザ装置を示す断面構成図、並び
に第８図は従来のレーザ装置を示す断面構成図である。 図において、(1)はコリメートミラー、(3)はレーザ媒
質、(40)は凸面鏡、(5)は無反射コーティング膜、(7)
(8)はレーザビーム、(20)(201)(202)は部分反射膜、(2
2)(221)(222)はコーティング膜、(41)は凹面鏡である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
面構成図、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におけるレーザビームの集光特
性を示す特性図、第３図は集光点でのスポット径及びパ
ワー集中度と位相差との関係を示す特性図、第４図は部
分反射膜の膜厚と位相差及び透過率との関係を示す特性
図、第５図、及び第６図は各々この発明の他の実施例に
係わる拡大ミラーを示す断面構成図、第７図はこの発明
の他の実施例によるレーザ装置を示す断面構成図、並び
に第８図は従来のレーザ装置を示す断面構成図である。 図において、(1)はコリメートミラー、(3)はレーザ媒
質、(40)は凸面鏡、(5)は無反射コーティング膜、(7)
(8)はレーザビーム、(20)(201)(202)は部分反射膜、(2
2)(221)(222)はコーティング膜、(41)は凹面鏡である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】互いに対向配置する拡大ミラーとコリメー
トミラーより不安定型共振器を構成し、レーザビームを
取り出すものにおいて、上記拡大ミラーは凹または凸面
鏡であり、上記コリメートミラーとの対向面中央部に部
分反射膜が、その周囲部に無反射コーティング膜が施さ
れ、上記部分反射膜の厚みが上記凹または凸面鏡中央部
とその周囲部を通過するレーザビームを等位相化するよ
うに調整されていることを特徴とするレーザ装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31252487A JPH0644648B2 (ja) | 1987-12-10 | 1987-12-10 | レーザ装置 |
| KR1019880006600A KR910008990B1 (ko) | 1987-06-03 | 1988-06-02 | 레이저장치 |
| EP88108902A EP0293907B1 (en) | 1987-06-03 | 1988-06-03 | Laser apparatus |
| DE8888108902T DE3879547T2 (de) | 1987-06-03 | 1988-06-03 | Laser-apparat. |
| US07/201,999 US4903271A (en) | 1987-06-03 | 1988-06-03 | Laser apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31252487A JPH0644648B2 (ja) | 1987-12-10 | 1987-12-10 | レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01152778A JPH01152778A (ja) | 1989-06-15 |
| JPH0644648B2 true JPH0644648B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=18030264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31252487A Expired - Lifetime JPH0644648B2 (ja) | 1987-06-03 | 1987-12-10 | レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0644648B2 (ja) |
-
1987
- 1987-12-10 JP JP31252487A patent/JPH0644648B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01152778A (ja) | 1989-06-15 |
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