WO1994010727A1 - Oscillateur a laser - Google Patents

Oscillateur a laser

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WO1994010727A1
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reflecting mirror
laser
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Akira Egawa
Michinori Maeda
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
    • 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
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/07—Construction or shape of active medium consisting of a plurality of parts, e.g. segments
    • H01S3/073—Gas lasers comprising separate discharge sections in one cavity, e.g. hybrid lasers
    • H01S3/076—Folded-path lasers

Definitions

  • the present invention relates to a laser oscillation device that emits a laser beam from a folded resonator, and more particularly to a laser oscillation device that can easily obtain circularly polarized light. Background technology
  • Gas laser oscillators such as C 0 2 gas lasers are widely used for laser processing because of their high efficiency and high output.
  • the two molecules are excited by the discharge inside the resonator, and the input power at that time is limited by the proof stress of the members that make up the excitation section and the temperature rise of the gas caused by the excitation. Also, it is necessary to increase the output beam diameter due to the limitation on the light resistance of the output mirror. For this reason, it is necessary to increase the optical path length of the resonator in order to obtain a high output, and the entire device becomes large. As a countermeasure, many laser devices reduce the length of the laser device by folding the optical axis of the resonator in multiple stages.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of a conventional folded resonator.
  • a resonator 20 is composed of an output mirror 1, a rear mirror 2. Exciting sections 3a and 3b, and reflecting mirrors 14a and 14b. All optical axes in resonator 20 are adjusted to lie in the horizontal plane ing. In the resonator 20 having such an optical axis, the polarization direction of the laser beam emitted from the output mirror 1 is 90 ° perpendicular to the horizontal plane as shown by the arrow 21.
  • FIG. 6 is a diagram showing a conventional optical system for converting linearly polarized laser light into circularly polarized light.
  • the laser light emitted from the resonator 20 is vertical linearly polarized light as shown by an arrow 21.
  • a polarizing mirror 5 and a 1Z4 wavelength mirror 6 for linearly polarizing in a 45 ° direction are required.
  • the laser light converted into circularly polarized light by the polarization mirror 5 and the 1Z4 wavelength mirror 6 is further changed its direction in the vertical direction by the mirror 7, condensed by the condenser lens 8, and condensed by the work 9. Is irradiated.
  • the case where the vertical linearly polarized light is converted into circularly polarized light has been described.
  • the polarization mirrors 5 and 1Z4 wavelength mirrors are used to circularly polarize the vertically or horizontally linearly polarized laser light as shown in FIG.
  • a mirror 7 that changes the direction of the laser beam vertically downward is also required. That is, three external mirrors are required. For this reason, the cost of the laser oscillation device has been increased accordingly.
  • these mirrors unlike the mirrors in the resonator, are often contaminated by dust and the like, and are often disassembled and cleaned. Maintenance is required. Furthermore, at the time of assembly after disassembly, complicated external optical systems had to be adjusted. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a laser oscillation device capable of simplifying an external optical system.
  • a laser oscillation device that emits laser light from a folded resonator whose optical axis is folded in multiple stages, it is tilted 45 ° on the horizontal plane and 45 ° on the vertical plane with respect to the optical axis of each excitation unit.
  • a laser oscillation device comprising: a third reflecting mirror arranged horizontally; and a folded portion including:
  • a component having a reflection angle of 90 ° is reflected by the first reflecting mirror and the second reflecting mirror to the third reflecting mirror, so that the S-polarized component is reflected. Since the first and second reflecting mirrors are tilted by 45 ° on the vertical plane, the S-polarized light component is tilted by 45 ° with respect to the horizontal plane. That is, laser light of linearly polarized light inclined by 45 ° with respect to the horizontal plane is output from the folded resonator.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a folded resonator according to the present invention
  • Fig. 3 is a view of the reflector from the direction of B in Fig. 1,
  • Fig. 4 shows an external optical system for converting linearly polarized laser light into circularly polarized light.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of a conventional folded resonator
  • FIG. 6 is a diagram showing an optical system for converting conventional linearly polarized laser light into circularly polarized light.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a folded resonator according to the present invention.
  • the folded resonator 10 is composed of an output mirror 1, a rear mirror 2, excitation units 3a and 3b, and reflection mirrors 4a, 4b and 4c.
  • the reflecting mirror 4b is arranged horizontally, and is arranged such that the center of the reflecting mirror 4b is located at the vertex of a right-angled isosceles triangle whose base is a line connecting the centers of the reflecting mirrors 4a and 4c. I have.
  • Fig. 2 is a view of the reflecting mirrors 4a, 4b and 4c from the direction A in Fig. 1. That is, the reflecting mirrors 4a and 4c are inclined by 45 ° on the vertical plane.
  • Fig. 3 is a view of the reflecting mirrors 4a, 4b and 4c viewed from the direction B in Fig. 1.
  • the reflecting mirror 4a is inclined by 45 ° in the horizontal plane with respect to the optical axis 3aa of the excitation section 3a.
  • the reflecting mirror 4c is inclined by 45 ° in the horizontal plane with respect to the optical axis 3bb of the excitation section 3b. Therefore, the laser light excited by the excitation unit 3b is reflected by the reflecting mirror 4c, and its S-polarized light component is reflected by the reflecting mirror 4b. Then, the P component is reflected by the reflecting mirror 4b to 4a.
  • the reflection component of the reflecting mirror 4a becomes an S-polarized component, and the reflecting mirror 4a is 4 5 with respect to the vertical plane. Since the laser beam is inclined, an S-polarized component, that is, a linearly polarized laser beam inclined by 45 ° with respect to the horizontal plane is obtained.
  • FIG. 4 is a diagram showing an external optical system for converting linearly polarized laser light into circularly polarized light.
  • the laser beam emitted from the folded resonator 10 described above is a laser beam linearly polarized in the direction indicated by the arrow 11, that is, in the direction of 45 °.
  • This laser light is circularly polarized by the 1Z4 wavelength mirror 6, converted in a vertically downward direction, condensed by the condenser lens 8, and irradiated to the work 9.
  • the folded resonator of the laser oscillation device is configured to generate linearly polarized light inclined at 45 ° with respect to the horizontal plane at the folded portion.
  • the laser light becomes linearly polarized light in a direction of 45 ° with respect to the horizontal direction. Therefore, it is only necessary to provide, for example, a 1/4 wavelength mirror as an external optical system for converting the laser light into circularly polarized light, and the configuration of the external optical system can be simplified.

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Description

明 細 書 レーザ発振装置 技 術 分 野
本発明は折り返し型共振器からレーザ光を出射するレーザ発 振装置に関し、 特に円偏光を簡単に得られるレーザ発振装置に 関する。 背 景 技 術
C 0 2 ガス レーザ等のガス レーザ発振装置は、 高効率で高出 力が得られるためレーザ加工に広く使用されるようになつてき o
ところで、 C 0 2 ガス レーザの場合、 レーザ媒質である C O
2 分子は、 共振器内部での放電によって励起されるが、 そのと きの投入電力は、 励起部を構成する部材の耐力及び励起によつ て生ずるガスの温度上昇によって制限を受ける。 また、 出力ミ ラ一の耐光強度上の制限から出力ビーム径を大きくする必要が ある。 このため、 高出力を得るためには共振器の光路長を長く とる必要があり、 装置全体が大きくなつてしまう。 その対策と して、 多くのレーザ発振装置は、 共振器光軸を多段に折り返し てレーザ発振装置の長さを短縮するようにしている。
図 5 は従来の折り返し型共振器の構成を概略的に示す図であ る。 図において、 共振器 2 0は、 出力ミ ラー 1、 リアミ ラ一 2 . 励起部 3 a， 3 b及び反射鏡 1 4 a， 1 4 bから構成される。 共振器 2 0内の全ての光軸は、 水平面内にあるように調整され ている。 このような光軸を有する共振器 2 0では、 出力ミ ラー 1から出射されたレーザ光の偏光方向は、 矢印 2 1で示すよう に水平面に対して 9 0 ° の鉛直方向となる。
一方、 レーザ光を金属等の切断加工に使用する場合、 ワーク に照射するレーザ光は、 直線偏光よりも円偏光の方が良好な加 ェ品質が得られる。 そこで、 通常、 鉛直方向または水平方向の 直線偏光は図 6に示すような機構によって、 円偏光化される。 図 6は従来の直線偏光のレーザ光を円偏光に変換するための 光学系を示す図である。 共振器 2 0から出射されたレーザ光は、 矢印 2 1で示すように鉛直方向の直線偏光である。 このレーザ 光を円偏光に変換するためには、 4 5 ° 方向に直線偏光するた めの偏光ミ ラー 5及び 1 Z 4波長ミ ラー 6が必要となる。 この 偏光ミ ラー 5及び 1 Z 4波長ミ ラー 6によって円偏光に変換さ れたレーザ光は、 さらにミ ラー 7で垂直方向に方向を換えて、 集光レンズ 8で集光して、 ワーク 9 に照射される。 ここでは、 鉛直方向の直線偏光を円偏光化する場合について説明したが、 水平方向の直線偏光を円偏光化する場合も同様の構成となる。
このように、 従来のレーザ発振装置では、 図 6に示したよう に鉛直方向または水平方向の直線偏光のレーザ光を円偏光化す るために、 少なく とも偏光ミ ラー 5及び 1 Z 4波長ミ ラー 6を 必要とし、 さらに、 通常ワークは水平面上に置かれるため、 レ 一ザ光を鉛直下向きに方向を変換する ミ ラー 7 も必要である。 すなわち、 3枚の外部ミ ラーが必要となる。 このため、 その分、 レーザ発振装置のコ ス ト も高価になっていた。
また、 これらの外部ミ ラーは、 共振器内のミ ラーと異なり、 塵埃等によって汚染されることが多く、 分解して洗浄する等の メ ンテナンスが必要となる。 さらに、 分解後の組付け時には、 煩雑な外部光学系の調整を行わなければならなかった。 発 明 の 開 示
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 外部光 学系を簡単な構成にできるレーザ発振装置を提供することを目 的とする。
本発明では上記課題を解決するために、
光軸を多段に折り返す折り返し型共振器からレーザ光を出射 するレーザ発振装置において、 それぞれの励起部の光軸に対し て水平面上で 4 5 ° 傾斜し、 さらに垂直面上で 4 5 ° 傾斜した 第 1 の反射鏡及び第 2 の反射鏡と、 前記第 1 の反射鏡及び前記 第 2の反射鏡の中心を結んだ線を底辺とする直角二等辺三角形 の頂点の位置に中心を有し、 水平に配置された第 3の反射鏡と、 からなる折り返し部を有することを特徴とするレーザ発振装置 が、 提供される。
折り返し部では第 1の反射鏡と第 2の反射鏡では反射角が 9 0 ° の成分が第 3の反射鏡に反射され、 このために S偏光成分 が反射される。 そして、 第 1の反射鏡と第 2の反射鏡は垂直面 上で 4 5 ° 傾斜しているので、 その S偏光成分は水平面に対し て 4 5 ° 傾斜している。 すなわち、 折り返し共振器から水平面 に対して 4 5 ° 傾斜した直線偏光のレーザ光が出力される。
したがって、 レーザ光を円偏光化するための外部光学系と し ては、 例えば 1 / 4波長ミ ラ一を設けるだけでよく、 外部光学 系の構成を簡単にすることができる。 図 面 の 簡 単 な 説 明
図 1 は本発明に係る折り返し型共振器の構成を示す図、 図 2は図 1の Aの方向から反射鏡を見た図、
図 3は図 1の Bの方向から反射鏡を見た図、
図 4は直線偏光レーザ光を円偏光に変換するための外部の光 学系を示す図、
図 5は従来の折り返し型共振器の構成を概略的に示す図、 図 6は従来の直線偏光のレーザ光を円偏光に変換するための 光学系を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
図 1 は本発明に係る折り返し型共振器の構成を示す図である。 図において、 折り返し型共振器 1 0は、 出力ミ ラ一 1、 リアミ ラー 2、 励起部 3 a， 3 b及び反射鏡 4 a， 4 b， 4 cから構 成される。 反射鏡 4 bは水平に配置され、 反射鏡 4 a と反射鏡 4 cの中心を結んだ線を底辺とする直角二等辺三角形の頂点に 反射鏡 4 bの中心が位置するように配置されている。
図 2は図 1の A方向から反射鏡 4 a， 4 b , 4 cを見た図で ある。 すなわち、 反射鏡 4 a， 4 cは垂直面上で 4 5 ° 傾斜し ている。
図 3は図 1の Bの方向から反射鏡 4 a， 4 b , 4 cを見た図 である。 図に示すように、 反射鏡 4 aは励起部 3 aの光軸 3 a aに対して、 水平面で 4 5 ° 傾斜している。 同様に、 反射鏡 4 cは励起部 3 bの光軸 3 b bに対して、 水平面で 4 5 ° 傾斜し ている。 したがって、 励起部 3 bで励起されたレーザ光は反射鏡 4 c で、 その S偏光成分が反射鏡 4 bに反射される。 そして、 反射 鏡 4 bで P成分が 4 aに反射される。 さらに、 反射鏡 4 aの反 射成分は S偏光成分となり、 反射鏡 4 aは垂直面に対して 4 5 。 傾斜しているので、 S偏光成分、 すなわち水平面に対して 4 5 ° 傾斜した直線偏光のレーザ光が得られる。
図 4は直線偏光レーザ光を円偏光に変換するための外部の光 学系を示す図である。 上述した折り返し型共振器 1 0から出射 されたレーザ光は、 矢印 1 1で示す方向、 すなわち 4 5 ° 方向 に直線偏光されたレーザ光である。 このレーザ光は、 1 Z 4波 長ミ ラー 6によつて円偏光化されるとともに、 鉛直下向きに方 向を変換されて、 集光レンズ 8によって集光されて、 ワーク 9 に照射される。
従来は、 レーザ光を円偏光化するための外部光学系として、 4 5 ° 方向偏光ミ ラ ー、 1 Z 4波長ミ ラー及び鉛直下向きに方 向を変換するためのミ ラーと 3枚のミ ラ一が必要とされていた。 これに対し、 本実施例では、 4 5 ° 偏光のレーザ光が直接出射 されるために、 1枚の 1 / 4波長ミ ラー 6のみを使用するだけ でよい。 すなわち、 折り返し部で 1枚の反射鏡が増加している が、 差引 1枚のミ ラ一が減る。
特に、 共振器 1 0外のミ ラ一の数を減らすことができるので、 分解洗浄、 組付け時の調整等に要する工数を大幅に低減するこ とができる。
上記の説明では、 励起部は 2個で説明したが、 励起部を 3個 以上設けて、 上記の構成の折り返し部を複数設けることもでき る。 ただし、 励起部が 3個以上になると、 折り返し部での反射 鏡の数が増えるので、 全体としてのミ ラーの数は減らないが、 外部の光学系が簡単になり、 保守、 組立等が簡単になる。
以上説明したように本発明では、 レーザ発振装置の折り返し 型共振器を、 折り返し部で水平面に対して 4 5 ° 傾斜した直線 偏光を発生するように構成したので、 折り返し型共振器から出 射されたレーザ光は、 水平方向に対して 4 5 ° 方向の直線偏光 となる。 したがって、 レーザ光を円偏光化するための外部光学 系としては、 例えば 1 / 4波長ミ ラ一を設けるだけでよく、 外 部光学系の構成を簡単にすることができる。
特に、 共振器外部のミ ラ一の数が減るので、 分解洗浄等の保 守が簡易になり、 外部光学系の組立がより簡単になる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 光軸を多段に折り返す折り返し型共振器からレーザ光を 出射するレーザ発振装置において、
それぞれの励起部の光軸に対して水平面上で 4 5 ° 傾斜し、 さらに垂直面上で 4 5 ° 傾斜した第 1の反射鏡及び第 2の反射 鏡と、
前記第 1の反射鏡及び前記第 2の反射鏡の中心を結んだ線を 底辺とする直角二等辺三角形の頂点の位置に中心を有し、 水平 に配置された第 3の反射鏡と、
からなる折り返し部を有することを特徴とするレーザ発振装
2 . 前記折り返し部を複数有することを特徴とする請求項 1 Ϊ己載のレーザ発振装置。
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