JPS63259601A - キューブコーナー偏光子 - 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】 産業上の利用分腎 本発明は三面レトロリフレクタ−（ｒｅｌｒｏｒｅ−ｆ
ｌｓｃｔｃｒ）を有する類いのレーザーに関する。

本発明は特に、三面レトロリフレクタ−を有するレーザ
ーの出力ビームの優先偏光を生じさせるための方法及び
装置に関する。

背景技術 レーザーの出力ビームが切削に用いられるときは、その
出力ビームは直線偏光される必要がある。これは応用に
おける必要条件である。直線偏光は４５度で現れ、ビー
ムがＸ及びＹ方向のいずれにも等しい効果をもってスチ
ール又は金屑を切削できるように、円偏光を作る四分の
一波長板を通過させられる。

もし、ビームが任意に偏光されるならば、ビームは異な
る切削特性を生じる。

円偏光にすることによって、如何なる方向に切断が行わ
れても等しい切断効果を得ることができる。

円（ｆＪ光を得るために、出発点としてＥ繍偏光が用い
られ、次にそれは特別なオプテ７り（ｏｐｔｉｃ）を通
させられる。

それ故、レーザーはそこから直線偏光を出す必要がある
。

レーザーの出力に直線偏光を生じさせる１つの方法は、
レーザー空胴内で共振するビームの経路中に４５°で取
り付けられた７オウルド（ｔｏｌｄ）ミラーを用いるこ
とである。これは偏光を生じる。なぜならばＳ及びＰ反
射率は光を最高の効率で最少の損失であるような１つの
モードに入らせるのに十分異なっているからである。こ
の偏光モードにおいてば、偏光ベクトルはＳ及びＰ反射
率の最大反射の平面内にある。

このようにレーザー空胴に関して特別なミラーを使用す
るには、その特別なミラーの付加のために特別な構造が
必要とされ、また、大変な光学的複雑さを伴う。

茜！！υ封包 本発明の主な目的は、従来技術で使用された方法及び装
置のもつ問題及び複雑さを避ける方法で三面レトロリフ
レクタ−を存するレーザーからの出力ビームに優先偏光
を生じさせることである。

本発明の重要な目的の１つは、特別なミラーを使用する
ことなく、三面レトロリフレクタ−を有するレーザーか
ら出力ビームの優先偏光を得ることである。

及μ！ｌシ久 本発明の方法及び装置において、レトロリフレクタ−組
立体内でレトロリフレクタ−の３つの反射面が直角にな
るように取り付けることによって、優先偏光が生じる。

優先偏光はレーザービームの軸線に関するレトロリフレ
クタ−組立体の方向と３つの反射面上のコーティングの
選択との総合効果を制御することによって得られる。

本発明の好適実施例においては、レトロリフレクター又
は立方体コーナーは各反射面での光の入射角が同一でほ
ぼ５４．６°になるように対称的に向けられている。２
つの反射面はそれらの示差（ｄｉｆｆｅｒｅ＋＋ｔｉ＊
ｌ）反射率が最小ニナルヨウに誘電体層によって増強さ
れる。第３の反射面の表面は、その示差反射率が最大に
なり、また、他の２つの反射面と十分異なるようにコー
トされている。

炭酸ガスレーザー用の実施例においてはシリコン基板ミ
ラーが用いられており、各ミラーは銀の反射層を有して
いる。２つのミラーはＺｎ５ｅの層で増強されており、
３つのミラーは、いずれもＴｈＦコーティングで保護さ
れている。

増強されたミラーはＯ，！９１及び０．９９３のＳ及び
Ｐ反射率を有し、第３のミラーは０．９！Ｉｓ及び１１
．９ＨのＳ及びＰ反射率を有して約１パーセントの示差
反射率を有し、それは循環光を優先偏光し、また、レー
ザーのビーム出口で直線偏光を生じさせるのに十分であ
る。

２つの共振ミラーは、単一のキューブコーナーと共振ミ
ラー取り付は装管との組合わせが軸線方向の機械的溝造
物を必要とすることなく光学的安定をもたらすように、
共通の固定した部材によって近接設置されている。前記
構造を組み入れた装置及び方法は上記構成に記載された
本発明に特有の目的である機能に効果を発揮する。

本発明の上記及びその他の目的は以下に続く好適実施例
の説明及び特許請求の範囲によって明らかになるであろ
う。そして、それは添付図面に本発明の好適実施例とそ
の原理として図示され、その原理を応用するのに最良の
形式と考えられるものである。

同様の原理又は、同一の原理を実施する本発明の別の実
施例が、本発明及び特許請求の範囲から逸脱することな
く当業者によって、必要に応じて用いられ、また、構造
的変更を行うことができる。

紅１」９１１ 第１図は３つのミラーを備えたキューブコーナー構造体
を有するレーザー（参照番号１１で示す）の側面図であ
り、前記構造体は折り返された光路を提供し、本発明の
１つの実施例に従ったレーザーの出口で直線偏光を生じ
させるのに効果がある偏光機構を組み込んでいる。

レーザー１１は強固で固定された支持台１３と３つの取
付ブロックＩｓ、　１７及び＋９を有し、該取付ブロッ
クはアクティブ（ｉｃｔｉｖｓ）レーザーの構成部品を
支持台１３に取付ける。そのブロックは精密孔とそれに
合つだダウェルピン構造体によって支持台１３に取付け
られている。

第１図に図示されたレーザー１１は以下のようなガスレ
ーザーである。

本発明の１つの特徴的実施例では、ガスレーザーは４つ
の軸流管（ａｘｉａｌ　ｌ１ｏｖ　１ＩＩｂｅ）　Ｈ。

２３．２５及び２７を有する炭酸ガスレーザーである。

炭酸ガスは前記管ｔｔ＝２７を軸線方向に流れるが、そ
の流れ方は同時係属米国出願第 ０６／８１１，５９３号（発明の名称”ＦＡＳＴ　ＡＸ
ＩＡＬ　ＦＬＯＷＬＡＳＥＲＣＩＲＣＵＬＡＴＬＮＧ　
ＳＹＳＴＥＭ”９発明者Ｆ、Ｒａｎｄ。

その他１．１９８５年！２月！１１願、本願の譲受人に
譲渡されている。）に記載されている。第１図に示され
たレーザー！Ｉは、同時係属米国出願第０６／Ｈ３Ｊ３
！号（１０６年５月１４日出願、発明の名称”ＦＡＳＴ
　ＡＸＩＡＬ　ＦＬＯｆ　ＣＡｆｆｉ！１（ＩＮ　ＤＩ
ＯＫＩＤＥ　ＬＡＳＥＲ”　。

発明者Ｒｏｂｅｒｔ　Ｂ、５ｌｕｓｈｅｒその他、本願
の譲受人に譲渡されている。）に示されたものと大体同
じである。

これら係属出願Ｈ／１１１，５９３号と第０６／８８３
，６３２号の双方とも米国特許商標局のＭａｎｕａｌ　
ｏｆ　Ｐａｆ−ｅａＬ　Ｅｘａｍｉｍｉａｌ　Ｐｒ＠ｃ
ｅｄｕｒｅのセクシヨン６０１０１（ｐ）Ｈの規定に従
って、参考に本願内に組み込まれている。

引き続き第１図を参照するとブロックＩ５と１７がガス
流を流９２５．２３、！！及び２７の吸気口端部に通す
ための吸気マニホルドを提供ル、ブロック１９が流Ｈ−
Ｈの排気口端部からの吹込ガスを冷却し循環させるため
のポンプ又は送風機及び関連した導管は第１図に示され
ていないが、係属出願第３３，０９３号（１９０年３月
３１日出願、発明の名称″’ＲＥＳＯＮＡＴＯＲＭＯＤ
ＵＬＥ　ＡＮＤ　ＩＩＬＯＷＥＲＡＳＳＥＩＪＢＬＹ”
発明者Ｄａｔｅ　Ｅ、Ｋｏｏｐ他９本願の譲受人に譲渡
されている。）に示されている。発明者Ｄａｌｅ　Ｅ。

Ｋｅｏｐ他によって、１９ｇ７年３月３１日に出願され
たこの係属出願第３３，０９３号もまた、米国特許商標
局のＭａｎｕ！ｌ　ｏｆ　Ｐａｔｅｎｔ　Ｅｘｉｍｉｎ
ｉＢ　Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅのセクション６０８．０１　
（ｐ）　Ｂの規定に従って、参考に本願に組み込まれて
いる。

１つのレトロリフレクタ−すなわちキューブコーナー２
９がブロック１５に取付けられている。

１つの特定の実施例では、キューブコーナー２９は精密
孔とそれに合ったダウェルピンによってブロック１５に
取付けられている。

第２及び３図に良く示されているように、レトロリフレ
クタ−２９は３つの反射ミラー３１．３３及び３５を有
する。これらミラーの反射面は直交している。

以下に、より詳しく記載するように、キューブコーナー
を対称に向けて各反射面での光の入射角が同一になり、
その角度がほぼ５４．６’になるようにレトロリフレク
タ−２９を取付はブロック１５に取付けることができる
。これは第１図に示された位置である。

代りに、以下に、より詳しく記載するように、各反射面
の光の入射角を異ならせ、レーザー１１の出力光の適切
な偏光をもたらすためにレトロリフレクタ−すなわちキ
ューブコーナー２９はその鉛直方向軸線又は水平方向軸
線のいずれかに関し、又はその双方に関して回転可能で
あり、その方向に取り付けられている。

＠２及び４図に良く示されているように、レーザー１１
は２つの端部ミラーすなわち共振ミラー３７及び３９を
有し、該ミラーは各レンズマウント４１及び４３に取り
付けられている。第４図に良く示されているように、レ
ンズマウント４皿及び４３は傾斜板４５及び４７に取り
付けられている。傾斜板４Ｓ及び（７は各々固定ピボッ
ト（ｆｉｘｅｄ　ｐｉｖｏｔ）４９と２つの調節螺子５
Ｉ及び５３によって調節される。傾斜調節螺子の全てが
共通台板５５中に嵌合されており、レンズマウント４１
及び（３並びに関連した共振ミラー３７及び３９（第２
回診点）は従って共通単一台板５５によって近接して取
り付けられている。これは簡単な機構で優秀な光学的安
定性を提供する。

第２図に良く示されているように、レトロリフレクタ−
２９は流管２５と２７内にビームＳ７が、流管２２と２
３内にはビーム５９が通る折り返し光路を提供する。２
本のビーム５７と５９はキューブコーナ２９によって平
行に維持され、それらビームはキューブコーナー２９の
動きには鈍感である。

キューブコーナーは単一台板５５による２つの共振器ミ
ラーの取付けとともに改良された形状の光学的に安定し
たレーザー空胴をもたらす。

その光学的安定性は補助的機構を必要とすることなく得
られる。キューブコーナー２９は上記したように、レー
ザーがキューブコーナーの動きに鈍感であるのでビーム
５７と５９を平行に維持する。共振器ミラーは互いに近
接して同一台板５５に取り付けられることによって平行
に維持されている。台板Ｓ５は常に一定温度であり、ゆ
がめられないであろう。

本発明はレーザーからの出力ビームの優先偏光、特に直
線偏光を作り出すことにも向けられている。直線偏光さ
れた光は四分の一波長板に通されると円偏光された光を
生じ、それはスチール即ち金属をＸ及びＹ方向に等しい
効果で切断することができる。

もし出力ビームが任意に偏光されると、光が切断に使用
されるとき異なった切断特性が生じる。円形偏光を作る
ことによって、切断がどの方向に行なわれようとも同じ
切断特性が得られる。

本発明はビーム５７と５９の軸線方向に関して４５°に
設置されたミラーの使用を必要とせずにレーザー１１か
らの出力光の優先偏光を生じさせる。

反射光の偏光はミラー表面で反射された光の割合に依存
する。ミラー表面で反射される光の割合は入射角及び入
射面に関する偏光ベクトルに依存する。特に、入射面内
で偏光された光に対する反射率（Ｐ偏光されたもの）は
その面に垂直に偏光された光の反射率（Ｓ偏光されたら
の）とは異なる。概して、全ての光線はＳ及びＰ波の重
ね合わせと考えることができる。総反射率は重ね合わせ
の関数であろう、Ｓ波及びＰ波の反射率の違いが示差反
射率（ＪｉｆｆｅｒｅｎＬｉａｌｒｅｆｌｅｃＬｉｖｉ
ｔｙ　）である。

示差反射率は入射角とミラー面を形成する材料との関数
である。このことは第７図に可視光及びミラー１ｒｉを
形成する２つの異なる物質である銀と金に関して示され
ている。第５因は基板反射率すなわち異なる物質に関す
るＲｓ対ｔｔｐのプロットである。

第７図は１０．６ミクロンの波長を有する光の銀のミラ
ー面に関する反射率対人射角のプロッＩ・である。

本発明の特定の好適実施例において、キ・ユープコーナ
ー２９は各面での光の入射角が等しく、はぼ５４．６°
になるように対称に向けられている。

キューブコーナーの２つのミラーの反射１６ｊはＺｎ５
ｅの層によって増強され、３つのミラーは全てＴｂＦコ
ーティングで保護されている。増強されたミラーは反射
率が０．９９１と０．９９３のＳ反射率とＰ反射率を有
し、第３のミラーは反射率が０．Ｈ６と０．９ＨのＳ反
射率とＰ反射率を有し、約１％の示差を提供しており、
それは循環光を優先的に偏光するのに十分である。

これはレーザー１１の出力光に直線偏光を生じさせる。

別の実施例では、循環光の優先偏光を引き起こすために
３つミラー３１、Ｈ及び３Ｓの各示差反射率がレーザー
空胴内で全体にわたる示差反射率を生ずるようにキュー
ブコーナー２９は（その水平及び／又は軸線方向に）向
けられてる。

偏光の概要において、ミラーの方向又はコーティングの
いずれか、又は方向とコーティングの組合わせが利用可
能であるので、ミラーの方向及びそれらのコーティング
はどの方向に偏光ベクトルがそれを制御するかに影響を
およぼす。

これは、重ね合わせ（又は総合効果）が必要とされるも
のになる限り、数々の方法で行うことが可能である。

多くの場合、突際の方法は極めて僅かな偏光効果しか有
さない２つの同じミラーと偏光効果のある１つのミラー
とを有する。偏光効果は位置又はコーティングのいずれ
かによってもたらされる。優先偏光の提供に関する限り
、１つのミラーは全ての仕事を行うとみなすことができ
、他の２つのミラーは正に傍観者とみなすことができる
。

第１図に示されたキューブコーナー・レーザー構造体に
おいては、キューブコーナーのミラー位置の全てを対称
にし、１つのミラーのコーティングを他の２つのミラー
のコーティングに関して変えることはより容易である。

２つのミラーは、例えば、Ｓ反射率とＰ反射率との間の
分離を最小にする増強コーティングが施されてもよく、
また、Ｈ３のミラーは偏光を制御し、前記ミラーによっ
て決定された平面に偏光をもたらすためにＳ反射率とＰ
反射率との間の十分な分離をもたらす異なるコーティン
グが施されてもよい。

上記のように優先偏光はキューブコーナー２９をその鉛
直方向軸線と水平方向軸線のうちいずれか、又は双方に
関して回転することによっても得られる。

優先偏光もまたミラーの位置設定とコーティングの組合
わせによって得られる。その結果、好適な偏光はベクト
ル代数によって全ての反射率の重ね合わせを決定するこ
とによって決定される。もしも３つのミラー位置が対称
的でないときは、必要とされる計算は複雑になることが
あり、また、３つのミラーの位置が対称的でなく、且つ
１、コーティングが異なるときはいっそう複雑になり得
る。

本発明の好適実施例について図示し、記載してきたが、
これらは様々な変更態様が可能なことが理解される。従
って、前記実施例はその細部にまで限定されるものでは
なく、特許請求の範囲内で改良及び変更を意図するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、３つのミラーを備えたキューブコーナー構造
体を有するレーザーの側面図であり、前記構造体は折り
返された光路を提供し、本発明の１つの実施例に従った
レーザーの出口で直線偏光を生じさせるのに効果がある
偏光ｍｔＭを組み込んでいる。 第２図は、３つのミラーを備えたキューブコーナーが第
１図に示されたレーザーのための折り返し光路を提供す
る仕方を線図的Ｉこ図示したものである。 第３図は、第１図に示されたレーザー用の端部ミラー及
び関連するミラー取付は板を詳細に示した拡大等角図で
ある。 第４図は、第１図に示されたレーザー用の端部ミラー及
び関連するミラー取付は板を詳細に示した、ｆｆ１ｌの
拡大等角図である。 第５図は、本発明の実施例の１つに用いられるミラーに
関する基板反射率の関係を示すグラフである。 第６図は、本発明の実施例の１つに用いられるミラーに
関する反射率対角度の関係を示すグラフである。 第７図は、銀がコートされたミラー及び金がコートされ
たミラーの可視光に対する入射角対反射率の関係を示す
グラフである。 主要符号の説明 １１−−−−−−−−−−−−−−−−・・・・・・・
・・・・・・・レーザー１３・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・支持台１５、　
＋７、＋９・・・・・・・・・・取付はブロック２９・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・キュー７’コーナー５５・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・共通台板特
許出願人　　スペクトラ−フィジックス・インコーホレ
イテッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、三面レトロリフレクターを有する類いのレーザーか
   らの出力の優先偏光を作るための方法であって、 ａ）レトロリフレクターの３つの反射面をレトロリフレ
   クター組立体内で直角になるように取り付ける工程、 ｂ）レーザービームの軸線方向に関するレトロリフレク
   ター組立体の方向の総合効果の制御と前記３つの反射面
   のコーティングの選択とによって優先偏光を得る工程、 とから成る方法。 ２、少なくとも１つの反射面に他の反射面の入射角と異
   なる入射角をもたせ、その入射角の総合効果が優先偏光
   を生じる位置にレトロリフレクター組立体を回転する工
   程を有する請求項１記載の方法。 ３、２つの反射ミラー上の入射角が実質上同一であり、
   第３の反射面上の入射角が前記第３の反射面に優先偏光
   を生じさせるのに十分なほど異なっている位置にレトロ
   リフレクターを回転する工程を有する請求項２記載の方
   法。 ４、優先偏光が直線偏光である請求項３記載の方法。 ５、コーティングの総合効果に優先偏光を生じさせるた
   めに、反射面上のコーティングの選択を管理する工程を
   有する請求項１記載の方法。 ６、反射面の２つに実質的に同じコーティングを施す工
   程と、第３の反射面に優先偏光を生じさせるのに十分異
   なるコーティングを前記第３の反射面に施す工程とを有
   する請求項５記載の方法。 ７、優先偏光が直線偏光であるところの請求項６記載の
   方法。 ８、入射角とコーティングの選択の総合効果に優先偏光
   を生じさせるために、レトロリフレクター組立体を回転
   する工程と、反射面上のコーティングの選択を管理する
   工程との双方を有する請求項１記載の方法。 ９、３つの反射面の１つが偏光を制御するように、レト
   ロリフレクターをある位置に回転する工程とコーティン
   グを選択する工程とを有する請求項８記載の方法。 １０、優先偏光が直線偏光である請求項１記載の方法。 １１、レトロリフレクターは各反射面での光の入射角が
   等しくほぼ５４．６°であるように対称に向けられ、２
   つの反射面はそのＳとＰの示差反射率が最小になるよう
   にコーティングされ、第３の反射面はＳとＰの示差反射
   率が最大となり他の２つの反射面と十分異なるコーティ
   ングがされている請求項７記載の方法。 １２、レーザーが炭酸ガスレーザーで、反射面の各々が
   シリコン基板上の銀の層から成り、２つの反射面はＺｎ
   Ｓｅの誘電体層で増強され、３つの全ての面がＴｒＦコ
   ーティングで保護され、２つの増強された面が０．９９
   ８のＳ反射率と０．９９３のＰ反射率を有し、第３の面
   は循環光の優先偏光に十分な約１％の示差反射率をもた
   らす０．９９６のＳ反射率と０．９８４のＰ反射率を有
   する請求項１１記載の方法。 １３、光学的安定性を与えるために２つの共振ミラーを
   近接して共通台板上に取り付ける工程を有する請求項１
   記載の方法。 １４、三面レトロリフレクターを有する類いのレーザー
   からの出力光の優先偏光を作るための装置であって、 ａ）３つの反射面を有し、該反射面がレトロリフレクタ
   ー組立体内で直角になるように取り付けられたレトロリ
   フレクター、 ｂ）レーザービームの軸線方向に関するレトロリフレク
   ター組立体の方向の総合効果の制御と前記３つの反射面
   のコーティングの選択とによって優先偏光を得るための
   偏光手段、 とから成る装置。 １５、前記偏光手段が少なくとも１つの反射面に他の反
   射面の入射角と異なる入射角をもたせ、その入射角の総
   合効果が優先偏光を生じる位置レトロリフレクター組立
   体を回転するための回転手段を有する請求項１４記載の
   装置。 １６、レトロリフレクターが、２つの反射ミラー上の入
   射角が実質上同一になり、第３の反射上の入射角が前記
   第３の反射面に優先偏光を生じるのに十分なほど異なっ
   ている位置に回転されている請求項１５記載の装置。 １７、優先偏光が直線偏光である請求項１６記載の装置
   。 １８、コーティングの総合効果に優先偏光を生じさせる
   ために反射面上にコーティングを施すためのコーティン
   グ手段を有する請求項１４記載の装置。 １９、２つの反射面上のコーティングが実質的に同一で
   、第３の反射面は該反射面に優先偏光を生じさせるのに
   十分なほど異なるコーティングが施されている請求項１
   ８記載の装置。 ２０、優先偏光が直線偏光である請求項１９記載の装置
   。 ２１、レトロリフレクターは各反射面での光の入射角が
   等しくほぼ５４．６°であるように対称に向けられ、２
   つの反射面はそのＳとＰの示差反射率が最小になるよう
   にコーティングされ、第３の反射面はＳとＰの示差反射
   率が最大となり他の２つの反射面と十分異なるコーティ
   ングがされている請求項２０記載の装置。 ２２、レーザーが炭酸ガスレーザーで、反射面の各々が
   シリコン基板上の銀の層から成り、２つの反射面はＺｎ
   Ｓｅの誘電体層で増強され、３つの全ての面がＴｒＦコ
   ーティングで保護され、２つの増強された面が０．９９
   ８のＳ反射率と０．９９３のＰ反射率を有し、第３の面
   は循環光の優先偏光に十分な約１％の示差反射率をもた
   らす０．９９６のＳ反射率と０．９８４のＰ反射率を有
   する請求項２１記載の装置。 ２３、２つの共振ミラー及び光学的安定性を与えるため
   に前記ミラーを近接して共通台板に取り付けるためのミ
   ラー取付け手段を有する請求項１４記載の装置。 ２４、折返し光路を有する類いのレーザーのための光学
   取付け装置であって、 ａ）レーザーの光学要素に単一で、強く、強固な支持を
   与える支持台手段、 ｂ）前記支持台手段に接続され、レーザーの光学要素を
   支持するための第１及び第２ブロック手段、 ｃ）３つの直交する反射面を有し、前記第１ブロック手
   段上の固定位置に取り付けられた単一のキューブコーナ
   ーレトロリフレクター、 ｄ）２つの共振動のミラーであって、キューブコーナー
   と共振ミラーの組合わせによつて光学的安定が得られる
   ように、近接して共通の強固な部材によつて前記第２ブ
   ロック手段に取り付けられた共振ミラー、 とから成る装置。