JP3681583B2 - ガスレーザ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザガスを放電励起する放電空間が扁平な板状をしているガスレーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図9は特開昭63-192285号公報に示された従来の気体レーザ装置の概略断面図、図10はこのレーザ装置の共振器の構成を示す概略平面図である。図において、11は72MHz 高周波発生器、21は電力整合回路、22は高周波ケーブル、23は絶縁フィードスルー、71、72は電極、73、74は電極の表面で光学反射面に研磨してある。75は放電用隙間、76、77は電極71、72を絶縁するスペーサ、78はU字形をした基部で、電極71、72とスペーサ76、77よりなる組立体が基部78上に取り付けられ、U字形の基部78は蓋79により閉じられ、セラミック絶縁材80が蓋79と電極71との間に配置されている。また、レーザ共振器は図10に示すように、放電用隙間75と凹球面の全反射鏡301と凸球面の全反射鏡201とから正ブランチ不安定型共振器として構成されている。図9の紙面に垂直な面では、レーザ光が電極71、72間で反射しながら伝搬する導波路型共振器であり、導波路型−不安定型ハイブリッド共振器と呼ばれている。なお、761は冷却水通路であり、基部78を冷却するである。
【0003】
上記のように構成された従来の気体レーザ装置においては、高周波発生器11により発生された高周波は電力整合回路21を介して、ケーブル22を通って電極71、72間に印加される。電極71、72間の放電用隙間75にはレーザ気体が充填されており、電極71、72間に印加された高周波によりレーザ気体が放電励起される。このように、反射鏡201、301で構成されるレーザ共振器内に、励起されたレーザ気体が存在するため、レーザ発振が行われる。このとき、電極71、72間を2mm にし、電極71、72の縁と凸面鏡201の縁との間の距離を2mm とすることにより一辺が、約2mm の方形レーザビーム401が得られる。
【0004】
同様の放電用隙間75を持つ気体レーザ装置で共振器の構成を変えたものがある。図11は、特開平3-155684号公報に示された共振器の不安定型共振器側の概要を示す平面図(a)と正面図(b)である。図において、75は放電用隙間、202は凹球面の出口全反射ミラー、302は凹球面全反射ミラー、402はレーザビームである。
【0005】
上記のように構成された共振器において、放電用隙間75で放電励起されたレーザガスは、負ブランチの不安定共振器を構成する凹球面全反射ミラー302と凹球面出口全反射ミラー202で共振し、レーザ光402を発振する。この共振器は、正ブランチ不安定型共振器の課題を解決する目的で発明されたものである。上記二つの共振器の違いは、光軸ずれに対する許容度の差であり、負ブランチでは正ブランチに対して22倍の許容度があるとされる。両者は、いずれも2つの全反射鏡の焦点を同一とする共焦点型にしてあり、負ブランチでは、共振器内に焦点を有するため内部光強度が大きい場合利得媒質の光学的降伏を惹起する可能性を持ち、レーザ共振器の出力に応じて2者を使い分けるべきと特開平7-283461号公報では指摘している。
【0006】
不安定型共振器において、レーザ光のモニタを行う従来例がある。図12は、特開平6-37381 号公報に示されている折返し鏡を部分的に透過鏡とした導波路型レーザ発振器の構成である。図において、75は放電用隙間、81は減衰器、82はセンサ、90は電源、203は取出鏡、303は部分透過折返し鏡、403はレーザ光である。
【0007】
上記のように構成されたレーザ装置において、モニタ光は、部分透過折返し鏡303を透して一部を裏面に取り出し、減衰器81で適当な出力に減衰した後センサ82にて検出される。検出信号を電源90にフィードバックし、出力の安定化を行う。
【0008】
導波路型−不安定型ハイブリッド共振器は、レーザ光の縦横のビーム寸法、発散角が異なるため、ビーム整形が行われる。従来例として特開平1-257382号公報、特開平5-327065号公報、特開平5-327066号公報等に示されている。図13は特開平1-257382号公報に示された高出力導波管レーザの一部切り欠き斜視図である。図において、75は放電用隙間、101はシリンドリカルな第1の光学手段、102はシリンドリカルな第2の光学手段、204は凸面の共振ミラー、304は凹面の共振ミラー、404はレーザ光、405は方形ビームである。
【0009】
上記のように構成されたレーザ装置において、放電用隙間75で励起されたレーザガスは、共振ミラー204、304で共振し、レーザ光404が発振する。レーザ光404はシリンドリカルな光学手段101、102で図においては縦側を伸長され、方形ビーム405として整形される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
このガスレーザ装置においては、レーザ光出力の安定性と、レーザビームの品質が求められる。
【0011】
従来の気体レーザ装置で用いられている不安定型共振器において、正ブランチ不安定型共振器は、光軸ずれに対する許容度において課題があり、負ブランチ不安定型共振器は、共振器内に共通の焦点を有するため内部光強度が大きい場合利得媒質の光学的降伏の惹起または発振効率が低下する可能性を持つ。
【0012】
また、従来の気体レーザ装置では、不安定型共振器からの出力の取り出しが1カ所のみであり、レーザ光のモニタが出来ず、唯一、モニタ光を取り出す構成の特開平6-37381 号は、全反射鏡の1つを透過型反射鏡にするため、非常に高価であり、光学部品の耐久性にも問題があった。
【0013】
さらに、レーザ光の縦横方向でのビームの質が異なり、導波路型の方向ではビーム径が小さく発散角の大きいビームであり、不安定型共振器の方向では出口全反射ミラーのエッジでビームを切り出すために高次の回折光までが混入したビームとなる。従来のビーム整形光学系では、シリンドリカル光学系を用い、縦横の発散角を揃えるようにしているが、回折光の完全な排除が困難であり真円度の悪いビームとなっていた。
【0014】
本発明は、不安定共振器では従来困難であったモニタ光の取り出しを安価で安定な条件で実現可能としたガスレーザ装置を提供することを目的とする。
【0015】
上記モニタ光取り出しの延長線の技術として、分岐光の出力を任意に設定して取り出すことが可能なガスレーザ装置を提供することが本発明のさらに1つの目的である。
【0016】
従来の課題であった不安定共振器の光軸ずれに対する許容度を確保しつつ内部共焦点による利得媒質への悪影響を低減したガスレーザ装置を提供することが本発明のさらに1つの目的である。
【0017】
短パルス発振、連続波発振のいずれでも最適条件で発振可能なガスレーザ装置を提供することが本発明のさらに1つの目的である。
【0018】
レーザビームに回折光が混入し、高品位の加工が困難である従来の課題を解決し、高品質のレーザビームを出力するガスレーザ装置を提供することが本発明のさらに1つの目的である。
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載のガスレーザ装置は、高周波放電により励起される放電部の光軸横断面が長方形をなし、共振器光軸方向に長い平行平板電極の対向する面が光反射面を有し、前記放電部の光軸横断面の短辺方向において導波路型であり同じく長辺方向には自由空間モードとなるように、共振器を結合鏡と全反射鏡とを有する負ブランチ不安定型と安定型導波路の複合共振器としたガスレーザ装置であって、
前記放電部の光軸横断面長方形の長辺寸法よりもそれと同方向の前記共振器の前記結合鏡の幅寸法を小さくして、前記結合鏡の両端から光出力を取り出すように前記結合鏡を位置決めし、
前記負ブランチ不安定型を構成する前記共振器の共振器長Lを前記結合鏡の曲率半径R1と前記全反射鏡の曲率半径R2の平均値Ra=(R1+R2)÷2の0.98〜0.995 倍とし、非共焦点共振器を構成するとともに、
前記負ブランチ不安定型の前記共振器の両端からのレーザ光の取り出し比率に応じ前記結合鏡の位置を放電部の中心よりΔL偏心して配置し、前記共振器長Lとして、前記結合鏡をおよそ「偏心距離ΔL÷2L( rad )」の角度だけ放電部の中央に傾け、前記全反射鏡を対向する側に同程度傾けたものである。
【0020】
請求項1記載のガスレーザ装置によれば、結合鏡の横幅が放電部の横幅より小さいため結合鏡の両端のエッジ結合部よりレーザ光が共振器の外に出力される。また結合鏡の位置と傾きを調整すれば、結合鏡の両端から出力されるレーザ光の比率を任意に調整可能である。このように、結合鏡の位置及び角度を設定することで、負ブランチ不安定型の共振器から同時に2軸のビームを任意の出力配分で安定して取り出すことができるので、従来困難であったモニタ光を安定して取り出せるとともに、任意の出力が選べるため、加工システムの応用範囲が大きく広がる。
負ブランチの2枚の反射鏡の焦点位置を互いに内側に入り込むように共振器長Lを短くしているので、共振器内での共焦点による発振効率の低下や利得媒質の光学的降伏を防止することができる。このように、従来技術では共焦点として構成していた不安定型共振器を敢えて非共焦とすることで内部共焦による負ブランチ不安定型共振器の課題を解決できる。また非共焦で負ブランチ不安定型共振器を構成することにより、共振器内部での共焦点による不具合を生じさることなく、負ブランチの利点である光軸ずれに強い共振器が得られる。
【0028】
また、負ブランチ不安定型の共振器の両端からのレーザ光の取り出し比率に応じ前記結合鏡の位置を放電部の中心よりΔL偏心して配置し、前記結合鏡をおよそ「偏心距離ΔL÷2L( rad )」の角度だけ放電部の中央に傾け、全反射鏡を対向する側に同程度傾けたため、内部でのロスが少なく最も効率よくレーザ出力を得る。
【0037】
請求項2記載のガスレーザ装置は、高周波放電により励起される放電部の光軸横断面が長方形をなし、共振器光軸方向に長い平行平板電極の対向する面が光反射面を有し、前記放電部の光軸横断面の短辺方向において導波路型であり同じく長辺方向には自由空間モードとなるように、共振器を結合鏡と全反射鏡とを有する負ブランチ不安定型と安定型導波路の複合共振器としたガスレーザ装置であって、
前記放電部の光軸横断面長方形の長辺寸法よりもそれと同方向の前記共振器の前記結合鏡の幅寸法を小さくして、前記結合鏡の両端から光出力を取り出すように前記結合鏡を位置決めし、
前記負ブランチ不安定型を構成する前記共振器の共振器長Lを前記結合鏡の曲率半径R1と前記全反射鏡の曲率半径R2の平均値Ra=(R1+R2)÷2の0.98〜0.995 倍とし、非共焦点共振器を構成するとともに、
レーザガスの組成を短パルス発振に最適な窒素対二酸化炭素比率約0.5 〜1 と、連続波発振に最適な窒素対二酸化炭素比率約3 〜7 に入れ替えるガス充填機構を備え、発振に合わせた高周波整合条件を切り替える整合機構を備えたものである。
【0038】
請求項2記載のガスレーザ装置によれば、請求項1と同様な効果のほか、短パルス発振および連続波発振に最適なガス比率のガス入れ替えを行うガス充填機構と高周波整合条件を切り替える整合機構を設けたため、レーザガス組成の変更と整合回路の切替により、短パルスまたは連続波発振の異なる条件での発振要求に常に最適な条件で対応でき、加工に最適なレーザ光が最適な条件で得られる。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図1から図8を用いて説明する。
【0042】
(実施の形態1)
図1は、本発明における第1の実施の形態のガスレーザ装置の共振器の概略斜視図(a)、正面図(b)および側面図(c)を示し、図1において1は放電部、2は結合鏡、3は全反射鏡である。すなわち、高周波放電により励起される放電部の光軸横断面が長方形をなし、共振器光軸方向に長い平行平板電極の対向する面が光反射面を有し、放電部1の光軸横断面の短辺方向において導波路型であり同じく長辺方向には自由空間モードとなるように、共振器を負ブランチ不安定型と安定型導波路の複合共振器としている。
【0043】
4aは第1の出力ビーム、4bは第2の出力ビーム、4cは共焦点である。すなわち、放電部1の光軸横断面長方形の長辺寸法よりもそれと同方向の共振器の結合鏡2の幅寸法を小さくして、結合鏡2の両端から光出力を取り出すように結合鏡2を位置決めしている。例えば出力結合を曲率半径の小さい結合鏡の両端に設けられたエッジ結合部より取り出す。
【0044】
Δは結合鏡2のオフセット量であり、第1と第2の出力ビーム4a、4bの出力比率を決める作用を行い、θは結合鏡2と全反射鏡3の光軸を一致させ共振を効率よく行わせる作用を行なう。すなわち、結合鏡2の両端から取り出すレーザ光の出力比を設定・調整可能となるように、結合鏡2の位置と傾きを設定・調整可能としている。
【0045】
図1において、放電部1にはヘリウム、窒素、二酸化炭素の混合ガスが封入され、図示していない高周波電源より電力が入力され放電励起を行う。励起された二酸化炭素は、全反射鏡3と結合鏡2の間で共振しレーザ光を発振する。図1における共振器の構成は、上記したように負ブランチの不安定型と導波路型の複合共振器である。結合鏡2には、エッジ結合部分として2カ所の切り欠き2a、2bがあり、放電部1の幅よりも結合鏡2の幅が小さいためレーザ光が共振器外へ漏れ出す。漏れ出すレーザ光は、第1の出力ビーム4a、第2の出力ビーム4bの2つであり、出力の比率は、結合鏡2のオフセット量Δによって決まる。図において全反射鏡3と結合鏡2は、共焦点4cを有し、互いにθの傾きを持って相対している。
【0046】
第1と第2の出力ビーム4a、4bからの光線追跡を行うと平行光で出てくる出力ビームは、放電部1の中で光軸に平行な光として結合鏡2に当たり、共焦点4cを通過して反射鏡3で再度平行光になって出力されることが分かる。第1と第2の出力ビーム4a、4bの共振器内での分布は、交互に縞状に存在するため、平均的には2つの光は相関を有し、レーザ光モニタとしても使用できる。パルス発振においても共振器の内部のゲインに対し相等しく対応するため、例えば負ブランチ不安定型共振器の両側から取り出されるレーザ光の出力比を100:1 程度として、波形モニタとして使用が可能である。
【0047】
図1においては示していないが、レーザ共振器は容器に納められ、100Torr 以下の低圧に保たれる。レーザ光は、炭酸ガスレーザの波長に透明な窓材を透して取り出される。
【0048】
(実施の形態2)
図2は、本発明の第2の実施の形態のガスレーザ装置の共振器内における焦点位置を示す正面図であり、図2において、R1は結合鏡2の曲率半径、R2は全反射鏡3の曲率半径、2fは結合鏡2の焦点、3fは全反射鏡3の焦点、Lは結合鏡2と全反射鏡3の間隔(共振器長)であり、2つの焦点2f、3fが同軸上でずれているため、共振器ロスを最小限にしたまま共焦点での課題を解決する作用を行う。
【0049】
図3は、本発明におけるガスレーザ装置の結合鏡正面図(a)と側面断面図(b)であり、エッジ部の角度が89度以下であり、回折光がエッジ側面に当たらないという作用を行う。
【0050】
図2において、相対する全反射鏡3と結合鏡2は、共焦点を有せず2枚の鏡の放線上で交差している。安定型共振器において共焦点とせず大きな曲率の反射鏡を用いることがあるが、不安定型でも共焦点からずらすことは可能である。ただし、ずらし量が大きすぎると発散性が強くなるため、限界がある。逆に共焦点の位置から遠ざかる方向に共振器長が伸びた場合、レーザ出力の低下を来す。従って、共振器の熱的な伸びなどを考慮すれば、共焦点より内側に焦点位置を設定することが安定な共振器を実現する上で有利である。また、従来例でも指摘されているように、負ブランチ不安定型に懸念される共振器内の焦点による発振効率の低下や利得媒質の光学的降伏を防止する作用もある。
【0051】
具体的数値は、実験的に求めた。共振器への反射鏡の取り付け方法にも依るが、共振器長の熱膨張による補正をしない場合、光学的共焦点長の0.995 倍以下の共振器長を選定するのが良いことが分かった。共振器長の下限は、得られるビームにより決めた。約0.98倍を下限とすればビーム整形上問題が無いことが分かった。すなわち、負ブランチ不安定型共振器の共振器長Lを結合鏡2の曲率半径R1と全反射鏡3の曲率半径R2の平均値Ra=(R1+R2)÷2の0.98〜0.995 倍とする非共焦点共振器を構成するのが好ましい。
【0052】
また、全反射鏡3と結合鏡2の曲率の比を拡大率Mと呼び結合率を決定する指標となる。本発明における比率M=R2/R1は、1.43から1.11が適当であった。
【0053】
さらに曲率比Mが求まると、放電部1の寸法の長い方向(図中では縦方)の幅寸法bと結合鏡2の幅の比率が一義的に決まり、(1/M) 倍となる。
【0054】
図3に本発明の第2の実施の形態におけるガスレーザ装置に用いた結合鏡2を示したが、エッジ部の角度を約89度以下とする事で、回折光がエッジ側面に当たらないようにした。エッジではレーザ光の吸収熱が逃げにくいため、あまりきつい角度で切り欠き部を形成できないが、回折光がエッジ部側面に当たると光学部品を加熱したり、他の部分で吸収され、共振器の熱的安定性を損なう。約85度の角度が実験的に求められた。すなわち、結合鏡2の幅を放電電極の幅bの(1/M)倍であり、鏡裏面の幅が鏡表面の幅より小さくなるように、結合鏡2の両端のエッジ結合部をそれぞれのエッジ部切断角度が約89度よりも小さく、例えば約89〜85度にするのが好ましい。
【0055】
(実施の形態3)
図4は、本発明の第3の実施の形態のガスレーザ装置の共振器容器の概略正面断面図であり、図4において20は共振器容器、21は出力透過窓、31は全反射鏡3の傾き調整機構、32は結合鏡2の位置及び傾き調整機構であり、位置及び傾き調整機構31は第1と第2の出力ビーム4a、4bの出力比率を決める作用を行う。
【0056】
負ブランチ不安定型共振器の両端からの取り出しレーザ光の比率に応じ結合鏡2の位置を放電部中心よりΔL偏心して配置し、結合鏡をおよそ「偏心距離ΔL÷2L(rad)」の角度だけ放電部中央に傾け、全反射鏡3を対向する側に同程度傾ける。Lは図2と同じ共振器長である。
【0057】
図4において共振器容器20は、100Torr 以下の低圧に封じられており、出力透過窓21を透して第1と第2の出力ビーム4a、4bを取り出している。結合鏡2は、位置及び傾き調整機構32によって移動可能となっており、図示しない制御手段によって共振器容器20の外から制御できる。結合鏡2の幅が決まると共振器の結合率が一定となるため、取り出せるレーザ光出力は一定となるが、結合鏡2の位置によって両側の結合率が変わり、任意に出力比率を帰ることが出来る。
【0058】
(実施の形態4)
図5は、本発明の第4の実施の形態ガスレーザ装置の加工システム構成図を示し、図5において、4aは第1と第2の出力ビーム、5はビーム整形光学系、6は外部光学系、7は加工光学系、8は被加工物であり、結合鏡2と全反射鏡3の光軸が放電部1の中心と一致しているため、2つの出力ビームを等しくする作用を行う。4sa、4sbはビーム成形光学系5の出力光である。
【0059】
図5において、第1と第2の出力ビーム4aを等しく出力している。この場合、反射鏡2、3の光学中心は放電部1の中心と同軸であり、両側の結合が等しい。ビーム整形光学系5でビームの発散角を揃え、外部光学系6と加工光学系7を通し、被加工物8を加工する。本実施の形態では、同一加工条件にて同一形状の加工を行うものに最適な光学系となる。
【0060】
(実施の形態5)
図6図は、本発明における第5の実施の形態のガスレーザ装置の加工システム構成図を示し、図6において、4aは第1の出力ビーム、4bは第2の出力ビーム、5はビーム整形光学系、6は外部光学系、7は加工光学系、8は被加工物であり、結合鏡2と全反射鏡3の光軸が放電部1の中心とずれているため、2つの出力ビームを異なる出力で発振させる作用を行う。
【0061】
図6において、結合鏡2はオフセットを与えられ、第1の出力ビーム4a、第2の出力ビーム4bの比率が(2〜10) :1の差を与えられている。本実施の形態では、同一形状であるが、出力を変えた加工を行う必要のある場合に最適であり、例えば、塗装された鋼板を一括加工すると塗料が鋼板と反応して加工面が荒れてしまう場合に、第2の出力ビーム4bで塗料を除去し、次いで第1出力ビーム4aで切断加工を行うことが出来る。逆に、高出力で切断加工を行った後に低出力で後処理加工を行うこともできる。これは、同一品種をある程度の数量加工する場合に適している。
【0062】
(実施の形態6)
図7は、本発明における第6の実施の形態のガスレーザ装置の概略構成図であり、図7において、9aは短パルス発振の整合回路、9bは連続波発振の整合回路、10は高周波電源、11は真空排気装置、12aは短パルス発振用レーザガス、12bは連続波発振用レーザガス、22は高周波導入端子であり、レーザ発振を短パルス、連続波によって最適なガス、整合を選択可能とし、高効率で発振させる作用を行う。その他図4等と同一個所に同一符号を付している。
【0063】
図7において、ガスレーザ装置はガス充填機構として2つのボンベ12a、12bと整合機構として2つの整合回路9a、9bを備え、バルブ29、30およびスイッチ30a〜30dの切り換えにより、発振の形態に最適な条件で運転可能としている。本発明におけるガスレーザ装置は、電極間隔を狭め、導波型で運転する。これは、電極による拡散冷却を効率よく行う目的であり、これによって少ないガス容積で大きな出力を得る事が出来る。ガス充填は、数日に1度の割合で行えば良く、小型ボンベでも100回程度のガス交換量を持つことが出来る。ガス交換を行う際には、真空排気装置11で排気した後にボンベ12a、12bから所定のガス圧になるまでレーザガスを供給する。2本のボンベ12a、12bには、それぞれ異なった混合比でガスが充填されている。1つは、短パルス発振に適した二酸化炭素比率の大きなガス(窒素:二酸化炭素≒1:(1〜2))であり、他の1つは連続波発振に適した二酸化炭素比率の小さなガス(窒素:二酸化炭素≒(3〜7):1)である。炭酸ガスレーザの励起は、窒素ガスに対して効率よく行われ、窒素から二酸化炭素へ励起エネルギーが移行してレーザ発振が行われる。従って、二酸化炭素の比率が多ければ、時定数の短い短パルスが得られ、窒素比率が多いと時定数は長く、レーザ光の立ち下がりの長いレーザとなる。ガスを変えた場合には、放電インピーダンスがかわるため、それぞれに整合回路9a、9bを切り替えておく必要がある。高周波電源10に比べ整合回路9a、9bは非常に小さいものであるので装置寸法を大きくするものではない。
【0064】
(実施の形態7)
この発明の第7の実施の形態を図8により説明する。すなわち、レーザ光発散角の導波路型安定共振器方向と負ブランチ不安定型共振器方向による差異解消のため、整形後のビームが真円で見かけ上のビームウエスト位置がほぼ一致するように、縦横に異なる曲率で形成された集光光学系と縦横にそれぞれ独立した回折光除去の空間フィルタを用いてビーム整形を行うものである。
図8は、本発明における第7の実施の形態のビーム整形光学系の構成を表す斜視図であり、51は集光レンズ、52は横方向空間フィルタ、53は縦方向空間フィルタ、54はコリメートレンズであり、集光レンズ51は縦横に2重焦点を持つレンズで縦横のビームを異なる位置に集光させる作用を行い、空間フィルタ52、53はそれぞれに回折光を除去する作用を行い、コリメータレンズ54は2重焦点を有し、縦横比の等しいビームにコリメートする作用を行う。
【0065】
図8において、レーザ発振器から出力されたビーム4a、4bは、矩形であり、発散角も縦横で大きく異なる。また、両方向に回折光が混じった状態であるので、そのまま集光しても良好な加工品質を得ることが出来ない。本発明では、回折光を完全に除去するために集光光学系を採用し、焦点面で空間フィルタ52、53により回折光をカットした。焦点面からは0次の基本波が透過し、コリメートレンズ54で縦横の揃ったレーザ光4sa、4sbとして成型される。集光レンズ51およびコリメートレンズ54は縦横に2重焦点を持つレンズで縦横のビームを異なる位置に集光させ、空間フィルタを個別に調整できるようにしてある。
【0066】
【発明の効果】
請求項1記載のガスレーザ装置によれば、結合鏡の横幅が放電部の横幅より小さいため結合鏡の両端のエッジ結合部よりレーザ光が共振器の外に出力される。また結合鏡の位置と傾きを調整すれば、結合鏡の両端から出力されるレーザ光の比率を任意に調整可能である。このように、結合鏡の位置及び角度を設定することで、負ブランチ不安定型の共振器から同時に2軸のビームを任意の出力配分で安定して取り出すことができるので、従来困難であったモニタ光を安定して取り出せるとともに、任意の出力が選べるため、加工システムの応用範囲が大きく広がる。
【0067】
また、負ブランチの2枚の反射鏡の焦点位置を互いに内側に入り込むように共振器長Lを短くしているので、共振器内での共焦点による発振効率の低下や利得媒質の光学的降伏を防止することができる。このように、従来技術では共焦点として構成していた不安定型共振器を敢えて非共焦とすることで内部共焦による負ブランチ不安定型共振器の課題を解決できる。また非共焦で負ブランチ不安定型共振器を構成することにより、共振器内部での共焦点による不具合を生じさることなく、負ブランチの利点である光軸ずれに強い共振器が得られる。
【0070】
また、負ブランチ不安定型の共振器の両端からのレーザ光の取り出し比率に応じ前記結合鏡の位置を放電部の中心よりΔL偏心して配置し、前記結合鏡をおよそ「偏心距離ΔL÷2L( rad )」の角度だけ放電部の中央に傾け、全反射鏡を対向する側に同程度傾けたため、内部でのロスが少なく最も効率よくレーザ出力を得る。
【0075】
請求項2記載のガスレーザ装置によれば、請求項1と同様な効果のほか、短パルス発振および連続波発振に最適なガス比率のガス入れ替えを行うガス充填機構と高周波整合条件を切り替える整合機構を設けたため、レーザガス組成の変更と整合回路の切替により、短パルスまたは連続波発振の異なる条件での発振要求に常に最適な条件で対応でき、加工に最適なレーザ光が最適な条件で得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における第1の実施の形態のガスレーザ装置の共振器部の概略を示し、(a)は斜視図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態のガスレーザ装置の共振器内における焦点位置を示す正面図である。
【図3】そのガスレーザ装置の結合鏡を示し、(a)は正面図、(b)は側面断面図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態のガスレーザ装置の共振器容器の概略正面断面図である。
【図5】本発明の第4の実施の形態のガスレーザ装置の加工システムの構成図である。
【図6】本発明における第5の実施の形態のガスレーザ装置の加工システムの構成図である。
【図7】本発明における第6の実施の形態のガスレーザ装置の概略構成図である。
【図8】本発明における第7の実施の形態のビーム整形光学系の構成を表す斜視図である。
【図9】従来の気体レーザ装置の概略断面図である。
【図10】従来の気体レーザ装置の共振器の構成を示す概略平面図である。
【図11】従来の共振器の不安定型共振器側の概要を示し、(a)は平面図、(b)は正面図である。
【図12】従来の折返し鏡を部分的に透過鏡とした導波路型レーザ発振器の構成図である。
【図13】従来の高出力導波管レーザの一部切り欠き斜視図である。
【符号の説明】
1 放電部
2 結合鏡
3 全反射鏡
4a 第1の出力ビーム
4b 第2の出力ビーム
5 ビーム整形光学系
9a、9b 整合回路
10 高周波電源
11 真空排気装置
12a、12b レーザガスのボンベ
20 共振器容器
21 出力透過窓
51 集光レンズ
52 横方向空間フィルタ
53 縦方向空間フィルタ
54 コリメータレンズ
Claims (2)
- 高周波放電により励起される放電部の光軸横断面が長方形をなし、共振器光軸方向に長い平行平板電極の対向する面が光反射面を有し、前記放電部の光軸横断面の短辺方向において導波路型であり同じく長辺方向には自由空間モードとなるように、共振器を結合鏡と全反射鏡とを有する負ブランチ不安定型と安定型導波路の複合共振器としたガスレーザ装置であって、
前記放電部の光軸横断面長方形の長辺寸法よりもそれと同方向の前記共振器の前記結合鏡の幅寸法を小さくして、前記結合鏡の両端から光出力を取り出すように前記結合鏡を位置決めし、
前記負ブランチ不安定型を構成する前記共振器の共振器長Lを前記結合鏡の曲率半径R1と前記全反射鏡の曲率半径R2の平均値Ra=(R1+R2)÷2の0.98〜0.995 倍とし、非共焦点共振器を構成するとともに、
前記負ブランチ不安定型の前記共振器の両端からのレーザ光の取り出し比率に応じ前記結合鏡の位置を放電部の中心よりΔL偏心して配置し、前記共振器長Lとして、前記結合鏡をおよそ「偏心距離ΔL÷2L(rad)」の角度だけ前記放電部の中央に傾け、前記全反射鏡を対向する側に同程度傾けたガスレーザ装置。 - 高周波放電により励起される放電部の光軸横断面が長方形をなし、共振器光軸方向に長い平行平板電極の対向する面が光反射面を有し、前記放電部の光軸横断面の短辺方向において導波路型であり同じく長辺方向には自由空間モードとなるように、共振器を結合鏡と全反射鏡とを有する負ブランチ不安定型と安定型導波路の複合共振器としたガスレーザ装置であって、
前記放電部の光軸横断面長方形の長辺寸法よりもそれと同方向の前記共振器の前記結合鏡の幅寸法を小さくして、前記結合鏡の両端から光出力を取り出すように前記結合鏡を位置決めし、
前記負ブランチ不安定型を構成する前記共振器の共振器長Lを前記結合鏡の曲率半径R1と前記全反射鏡の曲率半径R2の平均値Ra=(R1+R2)÷2の0.98〜0.995 倍とし、非共焦点共振器を構成するとともに、
レーザガスの組成を短パルス発振に最適な窒素対二酸化炭素比率約0.5 〜1 と、連続波発振に最適な窒素対二酸化炭素比率約3 〜7 に入れ替えるガス充填機構を備え、発振に合わせた高周波整合条件を切り替える整合機構を備えたガスレーザ装置。
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