JP2003298161A - 固体レーザ装置 - Google Patents
固体レーザ装置Info
- Publication number
- JP2003298161A JP2003298161A JP2002097202A JP2002097202A JP2003298161A JP 2003298161 A JP2003298161 A JP 2003298161A JP 2002097202 A JP2002097202 A JP 2002097202A JP 2002097202 A JP2002097202 A JP 2002097202A JP 2003298161 A JP2003298161 A JP 2003298161A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- solid
- laser device
- state laser
- lens effect
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
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
- H01S3/05—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
-
- 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
- H01S3/08072—Thermal lensing or thermally induced birefringence; Compensation thereof
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】加工の高精度化や高速性化を同時に達成するこ
とにより、レーザ加工効率を大幅に向上させ、加工時間
とレーザ加工装置の運転コストを大幅に低減する。 【解決手段】レーザダイオードLDあるいはランプ等の光
源により固体レーザ活性媒体であるNd:YAG結晶１を励起
してレーザ発振を行なう固体レーザ装置において、レー
ザ共振器４の内部に発振レーザ光の出力レベルに比例し
て凹型の熱レンズ効果の発生量が変化する補償光学素子
１７を配置することにより、Nd:YAG結晶１の内部で発生
する凸型の熱レンズ効果を補償し、レーザ射出光の高輝
度化と安定なレーザ出力が得られるダイナミックレンジ
の拡大を行うこととした。
とにより、レーザ加工効率を大幅に向上させ、加工時間
とレーザ加工装置の運転コストを大幅に低減する。 【解決手段】レーザダイオードLDあるいはランプ等の光
源により固体レーザ活性媒体であるNd:YAG結晶１を励起
してレーザ発振を行なう固体レーザ装置において、レー
ザ共振器４の内部に発振レーザ光の出力レベルに比例し
て凹型の熱レンズ効果の発生量が変化する補償光学素子
１７を配置することにより、Nd:YAG結晶１の内部で発生
する凸型の熱レンズ効果を補償し、レーザ射出光の高輝
度化と安定なレーザ出力が得られるダイナミックレンジ
の拡大を行うこととした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザダイオード
（LD）あるいはランプ等の光源により固体レーザ活性媒
体を励起してレーザ発振を行なう固体レーザ装置におい
て、熱レンズ補償によりその固体レーザ出力の安定化な
らびにビーム品質を大幅に向上させた固体レーザ装置に
関するものである。
（LD）あるいはランプ等の光源により固体レーザ活性媒
体を励起してレーザ発振を行なう固体レーザ装置におい
て、熱レンズ補償によりその固体レーザ出力の安定化な
らびにビーム品質を大幅に向上させた固体レーザ装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、固体レーザユニットの高出力化、
高輝度化技術が進展し、両性能を同時に満足する固体レ
ーザユニットが実現したことにより、従来の加工装置で
は成し得なかった精密溶接や微細除去加工が高速かつ高
精度で得られるようになってきた。このために、高出力
・高輝度固体レーザユニットは電気・電子部品のスポッ
ト溶接やシーム溶接加工に使用されたり、金属、半導
体、セラミック等のスクライビングや切断加工に活発に
適用されるようになった。
高輝度化技術が進展し、両性能を同時に満足する固体レ
ーザユニットが実現したことにより、従来の加工装置で
は成し得なかった精密溶接や微細除去加工が高速かつ高
精度で得られるようになってきた。このために、高出力
・高輝度固体レーザユニットは電気・電子部品のスポッ
ト溶接やシーム溶接加工に使用されたり、金属、半導
体、セラミック等のスクライビングや切断加工に活発に
適用されるようになった。
【０００３】従来の固体レーザユニットの代表例とし
て、最も市場に普及しているレーザ活性媒体がロッド型
のNd:YAG結晶で、平均出力が300WクラスのLD（レーザダ
イオード）励起Nd:YAGレーザ装置の構成を図3に示す。
て、最も市場に普及しているレーザ活性媒体がロッド型
のNd:YAG結晶で、平均出力が300WクラスのLD（レーザダ
イオード）励起Nd:YAGレーザ装置の構成を図3に示す。
【０００４】ここで、Nd:YAG結晶1は、励起源であるLD2
から射出したLD光3により励起され、レーザ共振器4を構
成する全反射鏡5と出力結合鏡6との間でNd:YAG結晶1か
ら放射した1.06μmの光が選択的に増幅され、出力結合
鏡6からNd:YAGレーザ光7となり射出する。また、用途に
応じたNd:YAGレーザ出力の制御は、LD2と電気的に結合
された直流安定化電源8により行われ、所望Nd:YAGレー
ザ出力に対応する一定LD励起電流がLDに供給されるよう
に構成されている。また、連続的に一定のNd:YAGレーザ
出力を維持するためにNd:YAG結晶1およびLD2は、直接も
しくはそれらの周辺部が一定の温度になるように冷却媒
体供給装置9から供給された冷却媒体を介して温度管理
されている。また、Nd:YAGレーザ光7は加工の必要でな
い時には、安全シャッター10によりビームダンパー11に
同レーザ光7が照射されている。
から射出したLD光3により励起され、レーザ共振器4を構
成する全反射鏡5と出力結合鏡6との間でNd:YAG結晶1か
ら放射した1.06μmの光が選択的に増幅され、出力結合
鏡6からNd:YAGレーザ光7となり射出する。また、用途に
応じたNd:YAGレーザ出力の制御は、LD2と電気的に結合
された直流安定化電源8により行われ、所望Nd:YAGレー
ザ出力に対応する一定LD励起電流がLDに供給されるよう
に構成されている。また、連続的に一定のNd:YAGレーザ
出力を維持するためにNd:YAG結晶1およびLD2は、直接も
しくはそれらの周辺部が一定の温度になるように冷却媒
体供給装置9から供給された冷却媒体を介して温度管理
されている。また、Nd:YAGレーザ光7は加工の必要でな
い時には、安全シャッター10によりビームダンパー11に
同レーザ光7が照射されている。
【０００５】レーザ加工を行なう場合には、Nd:YAGレー
ザ光7は入射集光光学系12によりコア径0.3mmの伝送用光
ファイバ13の伝送条件を満足するように集光され、光フ
ァイバ13から射出したレーザ光は、CNCテーブル14に置
かれた被加工物15上で加工に適したビーム形状になるよ
うに射出集光光学系16により整形あるいは集光され、所
望のレーザ加工が行われる。
ザ光7は入射集光光学系12によりコア径0.3mmの伝送用光
ファイバ13の伝送条件を満足するように集光され、光フ
ァイバ13から射出したレーザ光は、CNCテーブル14に置
かれた被加工物15上で加工に適したビーム形状になるよ
うに射出集光光学系16により整形あるいは集光され、所
望のレーザ加工が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、LD光に
より励起されるNd:YAG結晶は、吸収した全エネルギーが
レーザ光エネルギーとして結晶外部に放出される分けで
はなく、主として量子欠陥（Quantum Defect）効果によ
るエネルギー損失が熱エネルギーとなり結晶内部に蓄積
される。一般的に、この内部に熱として蓄積される量
は、結晶内部で吸収されたLD光エネルギーの約30〜40％
にもなる（参考：Springer Series in Optical Science
s, Walter Koechner著「Solid−State Laser Engineer,
5th Edition, pp406−407」）。したがって、前述した
ように同結晶の周囲は効率良く冷却媒体により冷却し、
レーザ発振効率の低下や結晶の熱破壊等が発生しないよ
うにしている。
より励起されるNd:YAG結晶は、吸収した全エネルギーが
レーザ光エネルギーとして結晶外部に放出される分けで
はなく、主として量子欠陥（Quantum Defect）効果によ
るエネルギー損失が熱エネルギーとなり結晶内部に蓄積
される。一般的に、この内部に熱として蓄積される量
は、結晶内部で吸収されたLD光エネルギーの約30〜40％
にもなる（参考：Springer Series in Optical Science
s, Walter Koechner著「Solid−State Laser Engineer,
5th Edition, pp406−407」）。したがって、前述した
ように同結晶の周囲は効率良く冷却媒体により冷却し、
レーザ発振効率の低下や結晶の熱破壊等が発生しないよ
うにしている。
【０００７】したがって、同結晶内部には中心部が最も
温度が高く、外周部に向かって除序に温度が低下する温
度の不均一分布が発生することになる。この結果、Nd:Y
AG結晶は温度により屈折率が変化（dn/dt=7.3×10-6/
k）するので、結晶内部に凸型の熱レンズ効果が発生す
る。また、結晶内部では同時に熱ストレスにより径方向
とそれと直交する傾斜方向に屈折率が異なる複屈折現象
も発生してしまい、複雑な凸型の熱レンズ効果が現れ
る。
温度が高く、外周部に向かって除序に温度が低下する温
度の不均一分布が発生することになる。この結果、Nd:Y
AG結晶は温度により屈折率が変化（dn/dt=7.3×10-6/
k）するので、結晶内部に凸型の熱レンズ効果が発生す
る。また、結晶内部では同時に熱ストレスにより径方向
とそれと直交する傾斜方向に屈折率が異なる複屈折現象
も発生してしまい、複雑な凸型の熱レンズ効果が現れ
る。
【０００８】従来、複屈折現象を低減する手法は数多く
報告され（参考：Springer Seriesin Optical Science
s, Walter Koechner著「Solid−State Laser Engineer,
5thEdition, pp425−428」）商用技術としても広く使
用される技術があるが、熱レンズ効果の抑制については
ある一定条件での熱レンズ効果を補償する技術があるの
みで、レーザ出力に応じて変化する様々な凸レンズ効果
を補償する商用技術は、開発されていなかった。
報告され（参考：Springer Seriesin Optical Science
s, Walter Koechner著「Solid−State Laser Engineer,
5thEdition, pp425−428」）商用技術としても広く使
用される技術があるが、熱レンズ効果の抑制については
ある一定条件での熱レンズ効果を補償する技術があるの
みで、レーザ出力に応じて変化する様々な凸レンズ効果
を補償する商用技術は、開発されていなかった。
【０００９】このため、前述した従来構成のNd:YAGレー
ザ装置では、レーザ発振器の出力安定性がレーザ出力レ
ベルの増減により変化するだけでなく、ビーム品質も同
レベルの増減により変化してしまっていた。
ザ装置では、レーザ発振器の出力安定性がレーザ出力レ
ベルの増減により変化するだけでなく、ビーム品質も同
レベルの増減により変化してしまっていた。
【００１０】前記Nd:YAGレーザ装置においては、定格最
大レーザ出力レベルの定常状態で発生する凸型熱レンズ
効果を補償するために、Nd:YAGレーザ結晶の両端面に凹
型の曲率（R=1m）を設けることにより結晶自身を凹レン
ズにして対処している。この定常状態で発生する結晶内
部の凸型熱レンズを考慮に入れてレーザ発振器を構成し
ているので、この定常状態ではレーザ出力は安定に且つ
ビーム品質も所望の数値が得られる。しかしながら、N
d:YAGレーザ光出力の射出開始直後のような状況下で
は、結晶内部での凸型熱レンズ効果の発生量が少ないた
めに、Nd:YAGレーザ結晶の両端面に設けた凹型の曲率
（R=1m）では、補償量が過大となりレーザ出力が極端に
不安定になる。
大レーザ出力レベルの定常状態で発生する凸型熱レンズ
効果を補償するために、Nd:YAGレーザ結晶の両端面に凹
型の曲率（R=1m）を設けることにより結晶自身を凹レン
ズにして対処している。この定常状態で発生する結晶内
部の凸型熱レンズを考慮に入れてレーザ発振器を構成し
ているので、この定常状態ではレーザ出力は安定に且つ
ビーム品質も所望の数値が得られる。しかしながら、N
d:YAGレーザ光出力の射出開始直後のような状況下で
は、結晶内部での凸型熱レンズ効果の発生量が少ないた
めに、Nd:YAGレーザ結晶の両端面に設けた凹型の曲率
（R=1m）では、補償量が過大となりレーザ出力が極端に
不安定になる。
【００１１】したがって、LDによる励起直後のNd:YAGレ
ーザ光出力は低く、不安定に出力されながら、結晶の内
部温度上昇に伴い除序にNd:YAGレーザ光出力が増大し、
数秒から数分間経過後に漸くレーザ光が安定に出力され
る傾向となっていた。
ーザ光出力は低く、不安定に出力されながら、結晶の内
部温度上昇に伴い除序にNd:YAGレーザ光出力が増大し、
数秒から数分間経過後に漸くレーザ光が安定に出力され
る傾向となっていた。
【００１２】このように、Nd:YAGレーザ光射出直後から
数秒から数分間は、定常状態には見られない不安定出力
期間があるために、例えば同レーザ光を適用したレーザ
接合加工では、加工開始直後においては接合強度不足と
なり加工不良が発生してしまうという問題があった。
数秒から数分間は、定常状態には見られない不安定出力
期間があるために、例えば同レーザ光を適用したレーザ
接合加工では、加工開始直後においては接合強度不足と
なり加工不良が発生してしまうという問題があった。
【００１３】また、上記した問題を解決するために、一
般的に知られているように制御対象量となるNd:YAGレー
ザ光出力を測定し、その結果を制御指令系にフィードバ
ックして同出力の目標設定値からの偏差が最小になるよ
うにLD励起電流を増減制御するフィードバック制御手法
があるが、レーザ出力の偏差を補うために過大なLD電流
を通電する必要もありLDを破壊したり、寿命を大幅に短
くしたりしていた。また、本手法によりLDの信頼性を低
下させることなくレーザ出力をほぼ一定にすることが可
能になったとしても、ビーム品質まで一定に制御するこ
とは不可能であった。
般的に知られているように制御対象量となるNd:YAGレー
ザ光出力を測定し、その結果を制御指令系にフィードバ
ックして同出力の目標設定値からの偏差が最小になるよ
うにLD励起電流を増減制御するフィードバック制御手法
があるが、レーザ出力の偏差を補うために過大なLD電流
を通電する必要もありLDを破壊したり、寿命を大幅に短
くしたりしていた。また、本手法によりLDの信頼性を低
下させることなくレーザ出力をほぼ一定にすることが可
能になったとしても、ビーム品質まで一定に制御するこ
とは不可能であった。
【００１４】また、レーザ加工を行なう前に実加工で使
用する条件で暖気運転を常時実施することにより、LDお
よびレーザ結晶を安定な定常状態に保ち、実加工に移行
する技術もある。しかしこれでは、加工も行なわないの
に不要なエネルギーを消費してしまい、エネルギーの浪
費と不要に周囲環境を温暖化してしまうという欠点があ
った。
用する条件で暖気運転を常時実施することにより、LDお
よびレーザ結晶を安定な定常状態に保ち、実加工に移行
する技術もある。しかしこれでは、加工も行なわないの
に不要なエネルギーを消費してしまい、エネルギーの浪
費と不要に周囲環境を温暖化してしまうという欠点があ
った。
【００１５】本発明は、前記したLD励起固体レーザ装置
において問題となる固体レーザ出力の増減を実施した場
合に発生するレーザ出力の不安定性ならびにビーム品質
の変化問題を以下に示す手法で解決することにより、レ
ーザ出力のフィードバック制御を行なうことなくレーザ
出力を安定に且つビーム品質を一定に保持することが可
能なレーザ装置を提供し、常に安定した加工品質が得ら
れるレーザ加工装置を提供するものである。
において問題となる固体レーザ出力の増減を実施した場
合に発生するレーザ出力の不安定性ならびにビーム品質
の変化問題を以下に示す手法で解決することにより、レ
ーザ出力のフィードバック制御を行なうことなくレーザ
出力を安定に且つビーム品質を一定に保持することが可
能なレーザ装置を提供し、常に安定した加工品質が得ら
れるレーザ加工装置を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、レーザ共振器内部に発振レーザ光の出力レ
ベルに比例して凹型の熱レンズ効果の発生量が変化する
光学素子を少なくとも一個配置することにより、該レー
ザ活性媒体内部で発生する凸型の熱レンズ効果を補償
し、レーザ射出光の高輝度化と安定なレーザ出力が得ら
れるダイナミックレンジの拡大が行なえる技術を提供す
るものである。
するために、レーザ共振器内部に発振レーザ光の出力レ
ベルに比例して凹型の熱レンズ効果の発生量が変化する
光学素子を少なくとも一個配置することにより、該レー
ザ活性媒体内部で発生する凸型の熱レンズ効果を補償
し、レーザ射出光の高輝度化と安定なレーザ出力が得ら
れるダイナミックレンジの拡大が行なえる技術を提供す
るものである。
【００１７】本発明に係るレーザ出力の安定化技術を適
用することにより、加工の高精度化や高速性化が同時に
達成することができ、レーザ加工効率を大幅に向上させ
ることができるだけでなく、加工時間とレーザ加工装置
の運転コストを大幅に低減することができる。
用することにより、加工の高精度化や高速性化が同時に
達成することができ、レーザ加工効率を大幅に向上させ
ることができるだけでなく、加工時間とレーザ加工装置
の運転コストを大幅に低減することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態におけ
る構成について以下説明する。
る構成について以下説明する。
【００１９】Nd:YAGレーザ結晶の温度に対する屈折率の
変化率dn/dtが7.3×10-6/kであって、中心軸上から径方
向に向かって温度が低下する不均一分布を持っているの
で、結晶内部において凸型の熱レンズ効果が発生するこ
とは前述した。したがって、dn/dtが負でありNd:YAGレ
ーザ結晶と同程度の量を発生することができ、且つNd:Y
AGレーザ光をある程度吸収する透明な光学材料があれ
ば、上記結晶とは逆にレーザ出力に応じて凹型の熱レン
ズ効果を発生させることができることは明白である。し
かしながら、水やグリセリン等は負のdn/dt値で各々1.0
×10-4/k、2.3×10-4/kという数値を有するが、Nd:YAG
レーザ光の1.06μmにおける吸収率が各々1.59％/mm、2.
27％/mmあり、損失が大きくて使用できなかった。
変化率dn/dtが7.3×10-6/kであって、中心軸上から径方
向に向かって温度が低下する不均一分布を持っているの
で、結晶内部において凸型の熱レンズ効果が発生するこ
とは前述した。したがって、dn/dtが負でありNd:YAGレ
ーザ結晶と同程度の量を発生することができ、且つNd:Y
AGレーザ光をある程度吸収する透明な光学材料があれ
ば、上記結晶とは逆にレーザ出力に応じて凹型の熱レン
ズ効果を発生させることができることは明白である。し
かしながら、水やグリセリン等は負のdn/dt値で各々1.0
×10-4/k、2.3×10-4/kという数値を有するが、Nd:YAG
レーザ光の1.06μmにおける吸収率が各々1.59％/mm、2.
27％/mmあり、損失が大きくて使用できなかった。
【００２０】ところが、近年通信用光ファイバー素線の
接合材料として開発されたNye Optical Products社製造
のゲルまたは液体状物質で、負のdn/dt値2.0〜4.0×10
-4/kを有し、且つ1.06μmにおける吸収率が0.1~0.3％/m
mと損失を無視できる程度に小さい光学材料が市販され
るようになった。
接合材料として開発されたNye Optical Products社製造
のゲルまたは液体状物質で、負のdn/dt値2.0〜4.0×10
-4/kを有し、且つ1.06μmにおける吸収率が0.1~0.3％/m
mと損失を無視できる程度に小さい光学材料が市販され
るようになった。
【００２１】本実施例では、589nm においてn=1.46、dn
/dt＝−3.6×10-4/k、1.06μm において0.1~0.3％/mmと
いう物理定数を有する同社製のOCK−433を図2に示す光
学セルに注入し、凸型レンズ補償光学素子を作製し、こ
の補償光学素子17を図1に示したようにレーザ共振器中
に配置した。
/dt＝−3.6×10-4/k、1.06μm において0.1~0.3％/mmと
いう物理定数を有する同社製のOCK−433を図2に示す光
学セルに注入し、凸型レンズ補償光学素子を作製し、こ
の補償光学素子17を図1に示したようにレーザ共振器中
に配置した。
【００２２】ここで、OCK−433(100)は589nm においてn
=1.46なので同一の屈折率を有する石英製の外形20mm、
厚み6.54mmの平板102で両側面から接触保持させること
により両界面の反射損失を無くした。また両平板102の
大気と接触する外側面には1.06μmにおける無反射コー
ティングを施し、レーザ光に対する反射率を低減させ
た。また、これらの平板102を保持するためにアルミ製
の保持リング103を外周に設けた。これらの条件は式
を満足するものである。
=1.46なので同一の屈折率を有する石英製の外形20mm、
厚み6.54mmの平板102で両側面から接触保持させること
により両界面の反射損失を無くした。また両平板102の
大気と接触する外側面には1.06μmにおける無反射コー
ティングを施し、レーザ光に対する反射率を低減させ
た。また、これらの平板102を保持するためにアルミ製
の保持リング103を外周に設けた。これらの条件は式
を満足するものである。
【００２３】石英製の平板102間のギャップが総合的な
吸収長となり、損失にも凹レンズの発生量にも関与する
ので、0.1mmから5.00mmの間で種々の補償光学素子17を
製作し試行錯誤を繰り返しながら、最適なギャップ長を
実験的に求めた。結果としてOCK−433の場合、最適ギャ
ップが0.5〜0.7mmであれば、ほぼ完全にレーザ結晶内部
で発生する凸型熱レンズ効果を打ち消す凹型熱レンズ効
果が発生し、同補償光学素子を挿入する以前の定格最大
レーザ出力の低下も5％以内で実現できた。
吸収長となり、損失にも凹レンズの発生量にも関与する
ので、0.1mmから5.00mmの間で種々の補償光学素子17を
製作し試行錯誤を繰り返しながら、最適なギャップ長を
実験的に求めた。結果としてOCK−433の場合、最適ギャ
ップが0.5〜0.7mmであれば、ほぼ完全にレーザ結晶内部
で発生する凸型熱レンズ効果を打ち消す凹型熱レンズ効
果が発生し、同補償光学素子を挿入する以前の定格最大
レーザ出力の低下も5％以内で実現できた。
【００２４】また、この補償光学素子をレーザ共振器内
部に配置しない場合、定格最大出力の10，20、30、40、
50、75、100％に相当する出力レベルでの安定性は、各
々±3.5、±3.0、±1.5、±1.2、±1.0、±0.8、±0.8
以下であったものが、最適ギャップを有する補償光学素
子17を配置した場合には10~100%のレーザ出力レベルに
おいて全て±0.8％以下で安定した結果が得られた。
部に配置しない場合、定格最大出力の10，20、30、40、
50、75、100％に相当する出力レベルでの安定性は、各
々±3.5、±3.0、±1.5、±1.2、±1.0、±0.8、±0.8
以下であったものが、最適ギャップを有する補償光学素
子17を配置した場合には10~100%のレーザ出力レベルに
おいて全て±0.8％以下で安定した結果が得られた。
【００２５】さらに、ビーム品質については、この補償
光学素子17をレーザ共振器内部に配置しない場合、定格
最大出力の10，20、30、40、50、75、100％に相当する
出力レベルにおいて、各々20、25、30、38、43、50、60
mm・mrad以下であったものが、最適ギャップを有する補
償光学素子17を配置した場合には10~100%のレーザ出力
レベルにおいて全て30mm・mrad以下となり、高出力レベ
ルにおいて大幅なビーム品質の向上を図ることができ
た。
光学素子17をレーザ共振器内部に配置しない場合、定格
最大出力の10，20、30、40、50、75、100％に相当する
出力レベルにおいて、各々20、25、30、38、43、50、60
mm・mrad以下であったものが、最適ギャップを有する補
償光学素子17を配置した場合には10~100%のレーザ出力
レベルにおいて全て30mm・mrad以下となり、高出力レベ
ルにおいて大幅なビーム品質の向上を図ることができ
た。
【００２６】尚、本実施例ではNye Optical Products社
製造のOCK−433に限り平板ギャップ等の最適化を行い、
レーザ出力の安定化とビーム品質の向上を行ったが、OC
K−433以外のゲルまたは液体の光学材料を用いて最適な
平板間ギャップを調整することによっても、本実施例と
同様の改善が期待できる。
製造のOCK−433に限り平板ギャップ等の最適化を行い、
レーザ出力の安定化とビーム品質の向上を行ったが、OC
K−433以外のゲルまたは液体の光学材料を用いて最適な
平板間ギャップを調整することによっても、本実施例と
同様の改善が期待できる。
【００２７】さらに、上記実施形態では、レーザ活性媒
体がNd:YAG結晶のNd:YAGレーザの場合について説明を行
ったが、レーザ活性媒体がYb:YAG、Nd:YVO4等の単一固
体結晶あるいはそれらの組合せで構成される固体結晶、
あるいはセラミック結晶であっても本実施例と同様の効
果が期待できる。
体がNd:YAG結晶のNd:YAGレーザの場合について説明を行
ったが、レーザ活性媒体がYb:YAG、Nd:YVO4等の単一固
体結晶あるいはそれらの組合せで構成される固体結晶、
あるいはセラミック結晶であっても本実施例と同様の効
果が期待できる。
【００２８】その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しな
い範囲で種々変形が可能である。
い範囲で種々変形が可能である。
【００２９】
【発明の効果】本発明は、以上説明した構成であるか
ら、レーザ加工の精度や高速性を大幅に改善することが
できだけでなく、暖気運転も不要となり、より省資源化
に寄与できるレーザ装置を提供することができる。
ら、レーザ加工の精度や高速性を大幅に改善することが
できだけでなく、暖気運転も不要となり、より省資源化
に寄与できるレーザ装置を提供することができる。
【図１】本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置の
構成図
構成図
【図２】本発明の一実施形態における凸型熱レンズ補償
光学素子の模式図
光学素子の模式図
【図３】従来例の構成におけるレーザ加工装置の構成図
１…固体レーザ活性媒体（Nd:YAG結晶）
２…レーザダイオード（ＬＤ）
４…レーザ共振器
１７…補償光学素子
Claims (6)
- 【請求項１】レーザダイオード（LD）あるいはランプ等
の光源により固体レーザ活性媒体を励起してレーザ発振
を行なう固体レーザ装置において、レーザ共振器内部に
発振レーザ光の出力レベルに比例して凹型の熱レンズ効
果の発生量が変化する光学素子を少なくとも一個配置す
ることにより、該レーザ活性媒体内部で発生する凸型の
熱レンズ効果を補償し、レーザ射出光の高輝度化と安定
なレーザ出力が得られるダイナミックレンジの拡大を行
ったことを特徴とする固体レーザ装置。 - 【請求項２】前記レーザ装置のレーザ共振器内部に配置
される凹型熱レンズ効果発生用の光学素子は、透過型の
光学素子であって、凹レンズ効果発生媒体が該レーザ発
振光に対して透明な光学材料で構成される平板により両
側面から光学的な損失を発生させることなく接触、保持
された構成を有していることを特長とした請求項１に記
載の固体レーザ装置。 - 【請求項３】前記凹レンズ効果発生媒体の該レーザ発振
光波長における屈折率n1と該媒体を両側面から保持する
平板材料の同波長における屈折率n2は、 (n1−n2)2/(n1＋n2)2＜0.05 ・・・式 を満足させることにより接触面における反射率を低減さ
せ、凹レンズ効果発生媒体の該保持平板と接触する内面
には反射防止膜のコーティングを施していないことを特
長とした請求項１に記載の固体レーザ装置。 - 【請求項４】前記保持平板の大気と接触する側面には、
該レーザ発振光波長に対して反射防止膜がコーティング
されていることを特長とした請求項１に記載の固体レー
ザ装置。 - 【請求項５】前記凹レンズ効果発生媒体として、同材料
の屈折率n1が該レーザ発振光波長において1.40〜1.50の
範囲にあり、温度変化に対する屈折率変化率dn/dtが室
温付近において、−1.0×10-4〜−5.0×10-4/kの範囲に
あり、且つ該レーザ発振光波長における吸収率が1.0％/
mm以下の液体、半固溶体、または固体光学材料、または
それらの組合せにより構成される混合体からなる光学材
料であることを特長とした請求項１に記載の固体レーザ
装置。 - 【請求項6】該固体レーザ装置のレーザ活性媒体がNd:YA
G、Yb:YAG、Nd:YVO4等の単一固体結晶あるいはそれらの
組合せで構成される固体結晶、あるいはセラミック結晶
であることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ装
置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002097202A JP2003298161A (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 固体レーザ装置 |
| AU2003203164A AU2003203164A1 (en) | 2002-03-29 | 2003-01-14 | Solid state laser device |
| PCT/JP2003/000230 WO2003084009A1 (fr) | 2002-03-29 | 2003-01-14 | Dispositif laser solide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002097202A JP2003298161A (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 固体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003298161A true JP2003298161A (ja) | 2003-10-17 |
Family
ID=28671861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002097202A Pending JP2003298161A (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 固体レーザ装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003298161A (ja) |
| AU (1) | AU2003203164A1 (ja) |
| WO (1) | WO2003084009A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009075137A1 (ja) | 2007-12-12 | 2009-06-18 | Kataoka Corporation | レーザ加工機 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4705831B2 (ja) * | 2005-09-27 | 2011-06-22 | 神島化学工業株式会社 | 固体レーザー |
| CN101414727B (zh) * | 2008-12-05 | 2010-06-02 | 长春理工大学 | 晶体透镜自适应补偿热透镜激光谐振腔 |
| EP2523277B1 (de) * | 2011-05-09 | 2017-01-04 | Trumpf Laser Marking Systems AG | Laser-Resonator zur Erzeugung frequenzkonvertierter Laserstrahlung |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59195892A (ja) * | 1983-04-20 | 1984-11-07 | Nec Corp | 固体レ−ザ発振器 |
| JPH0212981A (ja) * | 1988-06-30 | 1990-01-17 | Komatsu Ltd | 圧電レンズ挿入型固体レーザ共振器 |
| JPH05167146A (ja) * | 1991-12-13 | 1993-07-02 | Mitsubishi Electric Corp | 固体レーザ装置 |
| JP2903817B2 (ja) * | 1991-12-16 | 1999-06-14 | 三菱電機株式会社 | 固体レーザ装置 |
| JPH09298333A (ja) * | 1996-05-09 | 1997-11-18 | Mitsubishi Electric Corp | 固体受動ｑスイッチブロックとその製造方法、および固体ｑスイッチレーザ発振器、ならびに固体レーザ装置 |
| JPH10284775A (ja) * | 1997-04-09 | 1998-10-23 | Toshiba Corp | 固体レーザ装置 |
| JPH11126934A (ja) * | 1997-10-24 | 1999-05-11 | Mitsubishi Electric Corp | 固体レーザ装置並びにその光共振器の設計方法 |
| EP1168532A1 (de) * | 2000-06-23 | 2002-01-02 | Universität Bern | Verfahren zur Kompensation thermisch optischer Effekte |
-
2002
- 2002-03-29 JP JP2002097202A patent/JP2003298161A/ja active Pending
-
2003
- 2003-01-14 WO PCT/JP2003/000230 patent/WO2003084009A1/ja active Application Filing
- 2003-01-14 AU AU2003203164A patent/AU2003203164A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009075137A1 (ja) | 2007-12-12 | 2009-06-18 | Kataoka Corporation | レーザ加工機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2003203164A1 (en) | 2003-10-13 |
| WO2003084009A1 (fr) | 2003-10-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2013528496A (ja) | パルスレーザによる機械加工方法とパルスレーザによる機械加工装置、特にパワーの変動によるレーザー溶接方法 | |
| JP2007523499A (ja) | レーザ装置 | |
| Stewen et al. | Yb: YAG thin disk laser with 1 kW output power | |
| JP2002530899A (ja) | 低ドーピングされたゲイン媒体バックグラウンドを有するレーザー | |
| US7088749B2 (en) | Green welding laser | |
| JP2013503751A (ja) | 少なくとも５ｍｍの周辺厚さを有するＺｎＳレンズを備えるレーザー集束ヘッド、およびそのような集束ヘッドを用いた方法およびレーザー切削ユニット | |
| WO2011132385A1 (ja) | レーザ光源及びレーザ加工機 | |
| EP1025624B1 (en) | Diode pumped laser using gain mediums with strong thermal focussing | |
| EP0823143B1 (en) | Diode pumped laser using crystals with strong thermal focussing | |
| JP3462456B2 (ja) | モード同期固体レーザ | |
| JP2003298161A (ja) | 固体レーザ装置 | |
| JP2003298160A (ja) | 固体レーザ装置 | |
| Shiner | Fiber lasers for material processing | |
| JPH088477A (ja) | 固体レーザ装置 | |
| Nakamura et al. | High-power high-efficiency Yb3+-doped Y3Al5O12 ceramic laser at room temperature | |
| CN113381276A (zh) | 一种激光晶体热透镜效应自补偿装置 | |
| JP4533733B2 (ja) | レーザーマーキング装置 | |
| US6567442B2 (en) | Laser device | |
| JP2000307181A (ja) | 固体レーザ装置およびレーザ加工装置 | |
| JP2000340868A (ja) | 固体レーザ装置及びこれを用いたレーザ加工装置 | |
| JP2010502029A (ja) | 平行六面体形状のレーザ増幅媒質およびランプを備える励起手段を備える増幅装置 | |
| JP2002050813A (ja) | 固体レーザ装置 | |
| Agnesi et al. | Thermal lens characterization of a side-pumped Nd: YVO4 laser | |
| KR100385094B1 (ko) | 복합포물집속체를 이용한 다이오드 여기 이터븀 야그디스크 레이저 장치 | |
| Wittrock | High‐power Nd: YAG lasers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20050531 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050722 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050906 |