JPH07176811A - レーザ共振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ共振器の出力ミラーの構造に改良を施
すことにより、レーザ共振器の軸方向に発振・増幅され
たレーザ光を特別な光学系を使用することなく、レーザ
共振器の方向とは直角方向に共振器の軸を中心として放
射状に出力することができるように構成したレーザ共振
器を提供する。 【構成】 レーザ励起空間５の反射側に配置されたリア
ミラー１と、出力側に配置された半透過鏡から成る出力
ミラー２とでレーザ共振器を構成する。出力ミラーをそ
の内側に空間部を有する円筒状出力ミラーから構成す
る。円筒状出力ミラーをその中心軸とレーザ励起空間か
らの出力光の光軸とが一致する方向でレーザ励起空間の
出力側に配置して、その内周面をレーザ光の入反射面２
ａとする。円筒状出力ミラー２の内側の空間部に、レー
ザ励起空間５と前記円筒状出力ミラー内周面のレーザ光
の入反射面２ａとの間でレーザ光を反射させる円錐状ミ
ラー３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＯ2 レーザやエキシ
マレーザなどのガスレーザ、あるいは固体レーザのレー
ザ発振器として使用されるレーザ共振器に関するもの
で、特にレーザ共振器の出力ミラー部分に改良を施した
レーザ共振器に係る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、レーザ発振器の一つとして、
レーザ励起空間の両側にリアミラーと出力ミラーとを配
置し、レーザ励起空間で発振させたレーザ光を前記両ミ
ラー間で繰り返し反射させることにより増幅させるレー
ザ共振器が知られている。このようなレーザ共振器の一
例として、図５にＣＯ2 レーザ発振器における安定形共
振器の構造を示す。このレーザ共振器においては、図示
しない共振器キャビティ内に設けられたレーザ励起空間
５の両側には、レーザ光を発振・増幅するリアミラー１
と出力ミラー２が配置されている。レーザ励起空間５と
出力ミラー２との間には、発振・増幅されたレーザ光の
横モードを規定するためのモードセレクター４が配置さ
れている。出力ミラー２は半透過鏡から構成され、共振
器キャビティ内のレーザ励起空間５内で発振・増幅され
たレーザ光の一部が、出力ミラー２を透過して出力光と
して取り出される。モードセレクター４が円形の場合に
は、出力ミラー２から出力されるレーザ光の断面も円形
となり、指向性の良い一本のビームとなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図６に示す
ように、配管７などの円筒の内面をレーザ光で加工する
場合、レーザ発振器からの光を光伝送配管１０およびベ
ンダへミラー９などの伝送光学系でレーザ光を加工ヘッ
ド８まで導き、加工ヘッド８を円周状に回転させてレー
ザ光を照射しながら加工するのが一般的である。しか
し、大出力のＣＯ2レーザなどにおいては、レーザ光を
伝送するのに適当な光ファイバーがないためやむを得ず
大気中を伝送する必要があり、そのための光学系が複雑
なものになってしまい、１．０６μｍの波長を持ち光フ
ァイバーの利用が可能なＹＡＧレーザなどに比較して不
利な点が多かった。そこでレーザ発振器を小型化して、
配管７の中に発振器を直接導入して加工することも考え
られているが、この場合にもレーザ共振器自体はある程
度の大きさを必要とすることから配管の軸方向に配置し
なければならない。その結果、レーザ共振器から配管７
の軸方向に出力されたレーザ光を、配管の内面方向に導
くための光学系が別途必要であった。

【０００４】本発明は、前記のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたもので、その主たる目的
は、レーザ共振器の出力ミラーの構造に改良を施すこと
により、レーザ共振器の軸方向に発振・増幅されたレー
ザ光を特別な光学系を使用することなく、レーザ共振器
の方向とは直角方向に共振器の軸を中心として放射状に
出力することができるように構成したレーザ共振器を提
供することにある。

【０００５】本発明のさらに他の目的は、レーザ共振器
の軸を中心として放射状に出力されたレーザ光の加工面
でのパワー密度を向上させたレーザ共振器を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、レーザ励起空間の反射側に配
置されたリアミラーと、レーザ励起空間の出力側に配置
された半透過鏡から成る出力ミラーとを備えたレーザ共
振器において、前記出力ミラーをその内側に空間部を有
する円筒状出力ミラーから構成し、この円筒状出力ミラ
ーをその中心軸とレーザ励起空間からの出力光の光軸と
が一致する方向でレーザ励起空間の出力側に配置して、
円筒状出力ミラーの内周面をレーザ光の入反射面とし、
前記円筒状出力ミラーの内側の空間部には、レーザ励起
空間と前記円筒状出力ミラー内周面のレーザ光の入反射
面との間にレーザ光を反射させる円錐状ミラーが、前記
円筒状出力ミラーの軸と円錐状ミラーの軸とが同軸とな
るように設けられていることを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は、前記請求項１記載の発
明において、円筒状出力ミラーの外面が、その円筒軸に
対して平行な方向の断面において円弧の一部であること
を特徴とする。

【０００８】

【作用】上記のような構成を有する請求項１の発明にお
いては、リアミラーで反射されてレーザ励起空間の出力
側から出た光は、円錐状ミラーによってレーザ励起空間
の軸を中心として放射状に反射され、円錐状ミラーの外
側に配置された円筒状出力ミラーの内面に達する。この
円筒状出力ミラーの内面は、レーザ光の半透過面になっ
ているので、レーザ光の一部はそこで反射されて再び円
錐状ミラーを介してレーザ励起空間に戻る。レーザ光の
他の一部は、半透過鏡である円筒状出力ミラーを通過し
てその外部に放射状に出力される。その結果、被加工物
が配管の内面のようにレーザ共振器の３６０°全周に位
置するものであってもすべての加工点に同時にレーザ光
が照射される。

【０００９】請求項２の発明では、円筒状出力ミラーの
外面が、その円筒軸に対して平行な方向の断面において
円弧の一部になっているため、円筒状出力ミラーの各部
の断面が凸レンズを構成する。その結果、円筒状出力ミ
ラーを透過したレーザ光が円筒状出力ミラーのレンズ作
用により加工点に集光され、レーザ光のパワー密度が向
上する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って具体的
に説明する。

【００１１】（１）第１実施例…図１〜図３ 以下、本発明によるレーザ共振器の第１実施例を図１〜
図３に基づき説明する。なお、前記図５の従来技術と同
一の機能を有する部分については同一の符号を付し、説
明は省略する。図１は第１実施例のレーザ共振器の断面
図である。この第１実施例において、リアミラー１は反
射面が球面の凹面鏡であり、出力ミラー２はその内側に
空間部を有する円筒状出力ミラーから構成されている。
この円筒状の出力ミラー２は、その中心軸とレーザ励起
空間からの出力光の光軸とが一致する方向でレーザ励起
空間の出力側に配置されており、円筒状出力ミラーの内
周面がレーザ光の入反射面２ａとなっている。円筒状出
力ミラー２は、図２の斜視図に示すような立体形状を有
し、その内周面が部分反射コーティングされた半透過鏡
から構成されている。また、円筒状出力ミラー２の内側
の空間部には、レーザ励起空間５と前記円筒状出力ミラ
ー２の内周面に形成されたレーザ光の入反射面２ａとの
間にレーザ光を反射させるために、円錐状ミラー３が円
筒状出力ミラー２の軸と円錐状ミラー３の軸とが同軸と
なるように設けられている。

【００１２】このような構成を有する第１実施例のレー
ザ共振器では、レーザ励起空間５において発振・増幅さ
れたレーザ光は、リアミラー１で反射されてレーザ励起
空間５の出力側から円錐状ミラー３に達しその表面で反
射される。この円錐状ミラー３で反射されたレーザ光
は、レーザ励起空間５の軸を中心として軸と直角方向に
向かって放射状に反射され、円錐状ミラー３の外側に配
置された円筒状出力ミラー２の内面に達する。この円筒
状出力ミラー２の内面は、レーザ光の半透過面２ａにな
っているので、レーザ光の一部はそこで反射されて再び
円錐状ミラー３を介してレーザ励起空間５に戻る。一
方、レーザ光の他の一部は、半透過鏡である円筒状出力
ミラー２を通過してその外部に放射状に出力される。

【００１３】このように第１実施例によれば、円筒状出
力ミラー２の全周囲にレーザ光を出力することができ
る。その結果、図３に示すように、第１実施例のレーザ
共振器をレーザ発振器６に使用することにより、レーザ
励起空間５で発振した光を配管７の加工面７ａに直接照
射することができ、伝送光学系を省くことができる。こ
れにより、光伝送途中の損失を最小限に抑えることがで
き、レーザ加工装置としても構造が単純で効率の良い装
置を提供することができる。さらに、被加工物が配管７
の内面のようにレーザ共振器の３６０°全周に位置する
ものであってもすべての加工点に同時にレーザ光が照射
されるので、作業能率がよい利点もある。

【００１４】（２）第２実施例…図４ 図４は、本発明の第２実施例を示すものである。この第
２実施例は、前記第１実施例において円筒状出力ミラー
から出力されるレーザ光の加工面でのパワー密度を向上
させたものである。すなわち、この第２実施例では、円
筒状出力ミラー２の外面２ｂが、その円筒軸に対して平
行な方向の断面において円弧の一部となるように構成さ
れている。その結果、円筒状出力ミラー２の各部の断面
が凸レンズとなって、円筒状出力ミラー２を透過したレ
ーザ光が凸レンズの作用により加工点に集光され、レー
ザ光のパワー密度が向上する。この場合、円筒状出力ミ
ラー２の外面２の曲率半径は、出力ミラー２と加工点７
ａ間の距離に応じて任意に決定される。

【００１５】（３）他の実施例 なお、本発明は前記の実施例に限定されるものではな
く、例えば他のガスレーザであるエキシマレーザや、固
定レーザにも適用可能であり、同様の効果を得ることが
できる。

【００１６】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、レーザ励
起空間の出力側に円筒状の出力ミラーを配置することに
より、円周状にレーザ光を発振するレーザ共振器を提供
することができる。そして、このレーザ共振器を使用す
ることで、配管内面などの円筒面を効率良く加工するこ
とのできるレーザ加工装置を実現することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ共振器の第１実施例を示す断面
図。

【図２】第１実施例における出力ミラーの斜視図。

【図３】第１実施例のレーザ共振器を使用したレーザ加
工装置の一例を示す斜視図。

【図４】本発明のレーザ共振器の第２実施例を示す断面
図。

【図５】従来のレーザ共振器の構成を示す断面図。

【図６】従来のレーザ共振器を使用したレーザ加工装置
の一例を示す斜視図。

【符号の説明】

１…リアミラー ２…出力ミラー ３…円錐状ミラー ４…モードセレクター ５…レーザ励起空間 ６…レーザ発振器 ７…配管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ励起空間の反射側に配置されたリ
   アミラーと、レーザ励起空間の出力側に配置された半透
   過鏡から成る出力ミラーとを備えたレーザ共振器におい
   て、 前記出力ミラーをその内側に空間部を有する円筒状出力
   ミラーから構成し、この円筒状出力ミラーをその中心軸
   とレーザ励起空間からの出力光の光軸とが一致する方向
   でレーザ励起空間の出力側に配置して、円筒状出力ミラ
   ーの内周面をレーザ光の入反射面とし、 前記円筒状出力ミラーの内側の空間部には、レーザ励起
   空間と前記円筒状出力ミラー内周面のレーザ光の入反射
   面との間にレーザ光を反射させる円錐状ミラーが、前記
   円筒状出力ミラーの軸と円錐状ミラーの軸とが同軸とな
   るよう設けられていることを特徴とするレーザ共振器。
2. 【請求項２】 前記円筒状出力ミラーの外面が、その円
   筒軸に対して平行な方向の断面において円弧の一部であ
   ることを特徴とする請求項１記載のレーザ共振器。