JPH0746736B2 - 気体レーザ装置 - Google Patents
気体レーザ装置Info
- Publication number
- JPH0746736B2 JPH0746736B2 JP61239123A JP23912386A JPH0746736B2 JP H0746736 B2 JPH0746736 B2 JP H0746736B2 JP 61239123 A JP61239123 A JP 61239123A JP 23912386 A JP23912386 A JP 23912386A JP H0746736 B2 JPH0746736 B2 JP H0746736B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- window
- temperature
- laser light
- laser device
- mirror
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- 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
- H01S3/04—Arrangements for thermal management
- H01S3/0401—Arrangements for thermal management of optical elements being part of laser resonator, e.g. windows, mirrors, lenses
-
- 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
- H01S3/04—Arrangements for thermal management
- H01S3/0405—Conductive cooling, e.g. by heat sinks or thermo-electric elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Lasers (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザ光取出用の窓もしくは出力ミラーの劣
化状態を検知することを可能とし、かつ、対称性のよい
モードのレーザ光を取出すことを可能とした大出力の気
体レーザ装置に関する。
化状態を検知することを可能とし、かつ、対称性のよい
モードのレーザ光を取出すことを可能とした大出力の気
体レーザ装置に関する。
（従来の技術） 従来の気体レーザ装置の一例として、大出力の炭酸ガス
レーザ装置（以下CO2レーザ装置と称する）の不安定形
共振器におけるレーザ光取出窓（以後窓と称する）を説
明する。第２図に不安定形共振器の概略構成の一例を示
す。凸面ミラー８と凹面ミラー10によりレーザ発振・増
幅された光Ｌは、45゜ミラー９により、方向を90゜変
え、窓１から外部へ取出される。大出力CO2レーザ装置
においては、レーザガス圧が30〜100Torr前後の低圧に
保たれているため、不安定形共振器により発振した光を
外部へ取出すためには、CO2レーザ光の波長10.6μｍに
対する透過性の優れた窓１が必要となる。出力1kw〜10k
wクラスの大出力CO2レーザ装置用窓材には、セレン化亜
鉛（ZnSe）が最もよく使われている。ZnSe製の窓は両面
に無反射コーティングを施すことによりCO2レーザ光を
初期値として、99％以上透過させることができる。しか
し、大出力になると、１％下の吸収でもかなりの発熱源
となり、温度上昇を来たすため、窓１を冷却する必要が
ある。従来の窓１の冷却構造の一例を第８図に示す。窓
１は冷却ジジャケット２に取付けられており、一端面外
周部を冷却水Ｗにより間接冷却される。外部とのシール
は、Ｏリング３により周辺端で密閉されており、Ｏリン
グ３は、Ｏリング押さえ６により固定されている。窓１
はパッキン７を介し止め輪５で保持される。
レーザ装置（以下CO2レーザ装置と称する）の不安定形
共振器におけるレーザ光取出窓（以後窓と称する）を説
明する。第２図に不安定形共振器の概略構成の一例を示
す。凸面ミラー８と凹面ミラー10によりレーザ発振・増
幅された光Ｌは、45゜ミラー９により、方向を90゜変
え、窓１から外部へ取出される。大出力CO2レーザ装置
においては、レーザガス圧が30〜100Torr前後の低圧に
保たれているため、不安定形共振器により発振した光を
外部へ取出すためには、CO2レーザ光の波長10.6μｍに
対する透過性の優れた窓１が必要となる。出力1kw〜10k
wクラスの大出力CO2レーザ装置用窓材には、セレン化亜
鉛（ZnSe）が最もよく使われている。ZnSe製の窓は両面
に無反射コーティングを施すことによりCO2レーザ光を
初期値として、99％以上透過させることができる。しか
し、大出力になると、１％下の吸収でもかなりの発熱源
となり、温度上昇を来たすため、窓１を冷却する必要が
ある。従来の窓１の冷却構造の一例を第８図に示す。窓
１は冷却ジジャケット２に取付けられており、一端面外
周部を冷却水Ｗにより間接冷却される。外部とのシール
は、Ｏリング３により周辺端で密閉されており、Ｏリン
グ３は、Ｏリング押さえ６により固定されている。窓１
はパッキン７を介し止め輪５で保持される。
なお、安定形共振器の場合は、概略構成を第３図に示し
たが、出力ミラー11を部分透過性ミラーとすることによ
り、共振器内部でレーザ発振・増幅された光の一部を出
力ミラー11から取出す。この場合も、大出力用出力ミラ
ーには、共振器内側面に部分反射コーティング（もしく
は、コーティングなし）、外側の面に無反射コーティン
グを施したZnSeが最も良く使われている。出力ミラー11
の冷却も窓１の冷却構造と同様であり、第８図におい
て、窓１の代わりに出力ミラー11を設けた構造となって
いる。
たが、出力ミラー11を部分透過性ミラーとすることによ
り、共振器内部でレーザ発振・増幅された光の一部を出
力ミラー11から取出す。この場合も、大出力用出力ミラ
ーには、共振器内側面に部分反射コーティング（もしく
は、コーティングなし）、外側の面に無反射コーティン
グを施したZnSeが最も良く使われている。出力ミラー11
の冷却も窓１の冷却構造と同様であり、第８図におい
て、窓１の代わりに出力ミラー11を設けた構造となって
いる。
（発明が解決しょうとする問題点） ZnSe製の窓は、CO2レーザ光（λ＝10.6μｍ）に対する
透過性に優れており、初期値としては、両面に無反射コ
ーティングを施すことにより、総吸収率を0.2％程度に
押えることができる。しかし、使用時間が増すにつれ
て、表面の劣化及び汚れにより総吸収率が増大してく
る。ZnSeのような半導体は吸収係数が温度上昇とともに
急激に増加するフリーキャリア吸収が支配的であり、吸
収係数の温度依存性が正で、室温以上での熱伝導度の温
度依存性が負なために、わずかな温度上昇によって加速
度的に温度が上昇する可能性（熱暴走効果）がある。Zn
Seはこの臨界温度が300〜400℃の範囲にある。
透過性に優れており、初期値としては、両面に無反射コ
ーティングを施すことにより、総吸収率を0.2％程度に
押えることができる。しかし、使用時間が増すにつれ
て、表面の劣化及び汚れにより総吸収率が増大してく
る。ZnSeのような半導体は吸収係数が温度上昇とともに
急激に増加するフリーキャリア吸収が支配的であり、吸
収係数の温度依存性が正で、室温以上での熱伝導度の温
度依存性が負なために、わずかな温度上昇によって加速
度的に温度が上昇する可能性（熱暴走効果）がある。Zn
Seはこの臨界温度が300〜400℃の範囲にある。
また、上記熱的破壊の問題の他に、レーザ光通過により
生じる窓の不均一分布は、光路長に変化を生じ、もと平
板であった窓はレンズになり、レーザ光のモードを乱す
原因となる。この光学的ひずみは一般に熱的破壊よりも
低いパワーレベル、すなわちより低い総吸収率において
起こる。（昭和60年２月、レーザー研究，第13巻，第２
号,P143）ところが、総吸収率の経時変化は、窓の使用
環境や使用頻度，透過出力パワーによって異なり、ま
た、許容される光路差の大きさも窓材の使用目的によっ
て異なるので、レーザー出力の臨界値及び窓の清掃もし
くは交換時期を一義的には定義できなかった。いずれに
しても何らかの形で、窓の劣化，汚れ状況すなわち総吸
収率の経時変化を把握しておく必要があった。
生じる窓の不均一分布は、光路長に変化を生じ、もと平
板であった窓はレンズになり、レーザ光のモードを乱す
原因となる。この光学的ひずみは一般に熱的破壊よりも
低いパワーレベル、すなわちより低い総吸収率において
起こる。（昭和60年２月、レーザー研究，第13巻，第２
号,P143）ところが、総吸収率の経時変化は、窓の使用
環境や使用頻度，透過出力パワーによって異なり、ま
た、許容される光路差の大きさも窓材の使用目的によっ
て異なるので、レーザー出力の臨界値及び窓の清掃もし
くは交換時期を一義的には定義できなかった。いずれに
しても何らかの形で、窓の劣化，汚れ状況すなわち総吸
収率の経時変化を把握しておく必要があった。
ところで、レーザ光のモードは一般に対称性が良い程加
工性能率等、応用面に優れた光となるため、レーザ光と
しては、対称性と安定性が要求される。しかし、運転当
初調整されたモードも、運転途中の共振器ミラーのアラ
イメント（光軸調整）のズレ等により対称性が失われ、
再度微調整が必要となる。そして、このモードの狂いを
検知するには、レーザ光伝送路に特殊なモードモニター
を設けたり、アクリル板のバーンパターン採取等、特別
に配慮が必要であった。
工性能率等、応用面に優れた光となるため、レーザ光と
しては、対称性と安定性が要求される。しかし、運転当
初調整されたモードも、運転途中の共振器ミラーのアラ
イメント（光軸調整）のズレ等により対称性が失われ、
再度微調整が必要となる。そして、このモードの狂いを
検知するには、レーザ光伝送路に特殊なモードモニター
を設けたり、アクリル板のバーンパターン採取等、特別
に配慮が必要であった。
なお、安定形共振器における出力ミラーについてもまっ
たく同様の問題をかかえていた。
たく同様の問題をかかえていた。
本発明は、上記に鑑み成されてもので、窓や出力ミラー
の総吸収率の経時変化を定量的に把握し、かつ対称性の
良いモードのレーザ光を取出すことを可能とした気体レ
ーザ装置を提供することを目的とする。
の総吸収率の経時変化を定量的に把握し、かつ対称性の
良いモードのレーザ光を取出すことを可能とした気体レ
ーザ装置を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は窓もしくは出力ミ
ラーの冷却されていない他端面外周部に温度測定用のセ
ンサーを設けたことを特徴とする。
ラーの冷却されていない他端面外周部に温度測定用のセ
ンサーを設けたことを特徴とする。
（作 用） 窓や出力ミラーの総吸収率の増大に伴ない、他端面外周
部の温度上昇値も大きくなるため、総吸収率の経時変化
を定量的に把握することが可能となる。
部の温度上昇値も大きくなるため、総吸収率の経時変化
を定量的に把握することが可能となる。
また、複数個のセンサーにより測定された温度のバラツ
キを監視すれば、モードの狂いをリアルタイムに管理で
き、これを均一化するようにアライメントすることによ
り、対称性のよいモードのレーザ光を取出すことが可能
となる。
キを監視すれば、モードの狂いをリアルタイムに管理で
き、これを均一化するようにアライメントすることによ
り、対称性のよいモードのレーザ光を取出すことが可能
となる。
（実施例） 本発明の一実施例を第１図乃至第７図に基づいて説明す
る。第１図には、窓の冷却構造の概略を示しており、第
８図に示した同一または同等部分については同一記号を
付し、詳細な説明を省略する。
る。第１図には、窓の冷却構造の概略を示しており、第
８図に示した同一または同等部分については同一記号を
付し、詳細な説明を省略する。
本実施例は、窓１の冷却面と反対側の外周部に熱電対４
を単数もしくは複数個設けたことを特徴とする。共振器
の構成は第２図に示す通りで詳細な説明は省略する。
を単数もしくは複数個設けたことを特徴とする。共振器
の構成は第２図に示す通りで詳細な説明は省略する。
第５図及び第６図は、窓１に、第４図に示すような半径
ｒに対するパワー密度Ｐのレーザ光（リング状平面液）
が照射された場合の、窓内部の温度分布を２次元軸対称
モデルによる有限要素法により熱解析した結果で、トー
タル入射パワーは10kwで、第５図は総吸収率が0.2％の
場合、第６図は総吸収率が0.5％の場合を示している。
第１図に示した様に、窓１の冷却面は一端面外周部のみ
のため、冷却面と反対側の外周部（図中Ａ点）の温度
は、総吸収率の増大に伴ない高くなる。図中の温度は、
冷却面からの温度上昇値を示している。第７図に、前記
条件における総吸収率ζ（％）に対するＡ点の温度上昇
値ΔＴ（℃）の関係を示した。窓１の他端面外周部（Ａ
点）の温度を監視していれば、総吸収率の経時変化が定
量的に把握できることが分る。実際に際しては、それぞ
れのレーザ出力・モードに対して、窓の総吸収率と他端
面外周部の温度上昇値を実測すれば、第７図の関係がよ
り精度よく把握できる。また、いったん第７図の関係が
決まれば、窓他端面外周部（Ａ点）の温度を監視するこ
とにより、窓１の清掃もしくは交換時期を管理すること
が可能となり、常に期待通りのレーザ光を得ることがで
きる。また、複数個の熱電対により、温度を測定してい
る場合には、そのバラツキを常に一定の範囲におさまる
ように管理すれば、常に対称性のよいモードのレーザ光
を得ることができる。
ｒに対するパワー密度Ｐのレーザ光（リング状平面液）
が照射された場合の、窓内部の温度分布を２次元軸対称
モデルによる有限要素法により熱解析した結果で、トー
タル入射パワーは10kwで、第５図は総吸収率が0.2％の
場合、第６図は総吸収率が0.5％の場合を示している。
第１図に示した様に、窓１の冷却面は一端面外周部のみ
のため、冷却面と反対側の外周部（図中Ａ点）の温度
は、総吸収率の増大に伴ない高くなる。図中の温度は、
冷却面からの温度上昇値を示している。第７図に、前記
条件における総吸収率ζ（％）に対するＡ点の温度上昇
値ΔＴ（℃）の関係を示した。窓１の他端面外周部（Ａ
点）の温度を監視していれば、総吸収率の経時変化が定
量的に把握できることが分る。実際に際しては、それぞ
れのレーザ出力・モードに対して、窓の総吸収率と他端
面外周部の温度上昇値を実測すれば、第７図の関係がよ
り精度よく把握できる。また、いったん第７図の関係が
決まれば、窓他端面外周部（Ａ点）の温度を監視するこ
とにより、窓１の清掃もしくは交換時期を管理すること
が可能となり、常に期待通りのレーザ光を得ることがで
きる。また、複数個の熱電対により、温度を測定してい
る場合には、そのバラツキを常に一定の範囲におさまる
ように管理すれば、常に対称性のよいモードのレーザ光
を得ることができる。
安定形共振器においても、出力ミラーの冷却面と反対側
の外周部に熱電対を単数もしくは複数個設け、温度を測
定することにより、不安定形共振器の場合と同様の効果
が得られる。
の外周部に熱電対を単数もしくは複数個設け、温度を測
定することにより、不安定形共振器の場合と同様の効果
が得られる。
なお、本実施例は、大出力CO2レーザ装置を例に、ZnSe
製の窓及び出力ミラーについて述べたが、他の気体レー
ザ及び窓材についても適用できることは言うまでもな
い。
製の窓及び出力ミラーについて述べたが、他の気体レー
ザ及び窓材についても適用できることは言うまでもな
い。
〔発明の効果） 以上のように、本発明によれば窓、もしくは出カミラー
の冷却面の反対側の外周部に温度測定用のセンサーを単
数もしくは複数個設けることにより、窓もしくは出力ミ
ラーにおける１％未満の総吸収率の経時変化を定量的に
把握可能で、かつ、常に対称性のよいモードのレーザ光
を取出すことが可能な気体レーザ装置を提供することが
できる。なお、この温度監視は窓や出力ミラーの保守周
期・時期を管理するのに非常に有効である。
の冷却面の反対側の外周部に温度測定用のセンサーを単
数もしくは複数個設けることにより、窓もしくは出力ミ
ラーにおける１％未満の総吸収率の経時変化を定量的に
把握可能で、かつ、常に対称性のよいモードのレーザ光
を取出すことが可能な気体レーザ装置を提供することが
できる。なお、この温度監視は窓や出力ミラーの保守周
期・時期を管理するのに非常に有効である。
第１図は、本発明の一実施例を示す窓用冷却ジャケット
の断面図、第２図は不安定形共振器の概略構成図、第３
図は安定形共振器の概略構成図、第４図は熱解析用の入
射レーザパワー密度分布図、第５図は総吸収率が0.2％
の場合の窓内の温度解析結果、第６図は総吸収率が0.5
％の場合の窓内の温度解析結果、第７図は、窓の総吸収
率に対するＡ点の温度上昇値の関係、第８図は従来の窓
の冷却ジャケットの断面図である。 １……窓、２……冷却ジャケット、 ３……Ｏリング、４……熱電対、 ５……止め輪、６……Ｏリング押さえ、 ７……パッキン、８……凸面ミラー、 ９……45゜ミラー、10……凹面ミラー、 11……出力ミラー。
の断面図、第２図は不安定形共振器の概略構成図、第３
図は安定形共振器の概略構成図、第４図は熱解析用の入
射レーザパワー密度分布図、第５図は総吸収率が0.2％
の場合の窓内の温度解析結果、第６図は総吸収率が0.5
％の場合の窓内の温度解析結果、第７図は、窓の総吸収
率に対するＡ点の温度上昇値の関係、第８図は従来の窓
の冷却ジャケットの断面図である。 １……窓、２……冷却ジャケット、 ３……Ｏリング、４……熱電対、 ５……止め輪、６……Ｏリング押さえ、 ７……パッキン、８……凸面ミラー、 ９……45゜ミラー、10……凹面ミラー、 11……出力ミラー。
Claims (1)
- 【請求項１】共振器を構成するレーザ光取出窓もしくは
出力ミラーの一端面外周部を間接冷却する気体レーザ装
置において、 前記レーザ光取出窓もしくは前記出力ミラーの他端面外
周部に温度測定用のセンサを少なくとも１つ配設したこ
とを特徴とする気体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61239123A JPH0746736B2 (ja) | 1986-10-09 | 1986-10-09 | 気体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61239123A JPH0746736B2 (ja) | 1986-10-09 | 1986-10-09 | 気体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6394694A JPS6394694A (ja) | 1988-04-25 |
| JPH0746736B2 true JPH0746736B2 (ja) | 1995-05-17 |
Family
ID=17040131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61239123A Expired - Lifetime JPH0746736B2 (ja) | 1986-10-09 | 1986-10-09 | 気体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0746736B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10151587A1 (de) * | 2001-10-23 | 2003-05-22 | Trumpf Lasertechnik Gmbh | Vorrichtung zur Strahlführung eines Laserstrahls |
| JP5964383B2 (ja) | 2014-10-16 | 2016-08-03 | ファナック株式会社 | 弾性シール部材の取付治具 |
| CN115473110A (zh) * | 2021-06-10 | 2022-12-13 | 北京科益虹源光电技术有限公司 | 一种准分子激光器布窗结构 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5524475A (en) * | 1978-08-10 | 1980-02-21 | Mitsubishi Electric Corp | Laser oscillator |
| JPH0624266B2 (ja) * | 1983-11-28 | 1994-03-30 | 三菱電機株式会社 | レーザ装置 |
-
1986
- 1986-10-09 JP JP61239123A patent/JPH0746736B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6394694A (ja) | 1988-04-25 |
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