JP2009094161A - Laser oscillator equipped with apertures - Google Patents

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敦 森
Tatsuma Okazaki
竜馬 岡崎
Hisatada Machida
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser oscillator equipped with an aperture structure for solving the problem occurring from the displacement of the laser optical axis etc. though it has a simple and inexpensive structure. <P>SOLUTION: Guard apertures 41-43 are arranged to protect mode limiting apertures. The inside diameter of each guard aperture is set up to be somewhat larger than that of the mode limiting apertures between which the guard apertures are arranged. In this case, a path 36 is interrupted by the guard apertures 41 and 43, and the ambient light which does not belong to a desired laser profile 35 reaching the mode limiting apertures 31 and 34 is reduced. Even if the optical axis is displaced as shown in Fig.3, the heat production at the apertures 31 and 34 is reduced so that the melting breakage of the apertures scarcely occurs. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、流体又は個体を媒質とする高出力レーザ発振器に関する。   The present invention relates to a high-power laser oscillator using a fluid or a solid as a medium.

一般に軸流型ガスレーザ発振器等のレーザ発振器は、切断、溶接等のレーザ加工に用いられる。近年、切断性能向上等のためにレーザ発振器は高出力化される傾向にあるが、高出力化されたレーザ発振器においては、増幅自然光(ASE)が発生しやすくなるため一般にビームの品質は低下する。上述の不具合を解消するために、共振器内にアパーチャを設ける方法がある。   In general, a laser oscillator such as an axial flow gas laser oscillator is used for laser processing such as cutting and welding. In recent years, laser oscillators tend to have a higher output for improving cutting performance. However, in a laser oscillator having a higher output, amplified natural light (ASE) is likely to be generated, so that the beam quality generally decreases. . In order to solve the above-described problems, there is a method of providing an aperture in the resonator.

図1は、従来の軸流型ガスレーザ発振装置の概略構成の一例を示す図である。ガラス等の誘電体よりなる放電管1の周辺には、電極2、3が設けられる。電極2、3には電源4が接続される。電極2、3間に挟まれたレーザ媒質を含む放電空間5の両端には、実質全反射鏡であるリア鏡6及び部分反射鏡である出力鏡7が対向配置され、光共振器を形成している。出力鏡7からは、レーザビーム8が出力される。   FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a conventional axial flow type gas laser oscillation device. Electrodes 2 and 3 are provided around the discharge tube 1 made of a dielectric material such as glass. A power source 4 is connected to the electrodes 2 and 3. At both ends of the discharge space 5 including the laser medium sandwiched between the electrodes 2 and 3, a rear mirror 6 that is a substantially total reflection mirror and an output mirror 7 that is a partial reflection mirror are arranged oppositely to form an optical resonator. ing. A laser beam 8 is output from the output mirror 7.

レーザガスは、矢印9に従ってレーザガス流路10内を、13〜27kPa程度の圧力で循環する。ガスレーザ流路10には熱交換器11、12が設けられ、放電空間5における放電と送風機13の運転により温度上昇したレーザガスの温度を下げる働きをする。送風機13により、放電空間5にて約100m/sec程度のガス流が得られる。レーザガス流路10及び放電管1は、レーザガス導入部14にて接続されている。   The laser gas circulates in the laser gas flow path 10 at a pressure of about 13 to 27 kPa according to the arrow 9. Heat exchangers 11 and 12 are provided in the gas laser flow path 10 and serve to lower the temperature of the laser gas whose temperature has been raised by the discharge in the discharge space 5 and the operation of the blower 13. A gas flow of about 100 m / sec is obtained in the discharge space 5 by the blower 13. The laser gas flow path 10 and the discharge tube 1 are connected by a laser gas introduction part 14.

以上が従来のガスレーザ発振装置の構成であり、次にその動作について説明する。送風機13より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路10を通り、レーザガス導入部14より放電管1内へ導入される。この状態で、電源4に接続された電極2、3から放電空間5に放電を発生させる。放電空間5内のレーザガスは、この放電エネルギーを得て励起され、その励起されたレーザガスはリア鏡6及び出力鏡7により形成された光共振器で共振状態となり、出力鏡7からレーザビーム8が出力される。このレーザビーム8が切断・溶接に代表されるレーザ加工等の用途に用いられる。   The above is the configuration of the conventional gas laser oscillation apparatus. Next, the operation thereof will be described. The laser gas sent out from the blower 13 passes through the laser gas flow path 10 and is introduced into the discharge tube 1 from the laser gas introduction unit 14. In this state, a discharge is generated in the discharge space 5 from the electrodes 2 and 3 connected to the power source 4. The laser gas in the discharge space 5 is excited by obtaining this discharge energy, and the excited laser gas is in a resonance state by an optical resonator formed by the rear mirror 6 and the output mirror 7, and the laser beam 8 is emitted from the output mirror 7. Is output. This laser beam 8 is used for applications such as laser processing represented by cutting and welding.

上述のようなレーザ発振装置の放電管内には、多くの場合、レーザビームの発振モードを制限するためのアパーチャが設けられる。例えば特許文献1には、共振器内のビームプロファイルに合わせてナイフエッジ形状のアパーチャを複数枚設けたガスレーザ発振器が開示されている。   In many cases, an aperture for limiting the oscillation mode of the laser beam is provided in the discharge tube of the laser oscillation device as described above. For example, Patent Document 1 discloses a gas laser oscillator in which a plurality of knife-edge shaped apertures are provided in accordance with the beam profile in the resonator.

アパーチャに係る構成についての開発、改良も種々行われている。例えば特許文献2には、アパーチャの温度をセンサにより測定し、アパーチャの昇温からレーザ光軸のズレを判断するアライメント装置が開示されている。また特許文献3には、ビームウェストの両側にアパーチャを設けて不都合な回折光の低減を図ったレーザ発振器が開示されている。さらに特許文献4には、アパーチャベースに複数の光検出板を設け、光検出板の昇温を測定することにより、アパーチャに対してレーザビーム軸がずれた方向及び程度を知るための装置が開示されている。   Various developments and improvements have been made to the configuration related to the aperture. For example, Patent Document 2 discloses an alignment apparatus that measures the temperature of an aperture with a sensor and determines the deviation of the laser optical axis from the temperature rise of the aperture. Patent Document 3 discloses a laser oscillator in which apertures are provided on both sides of a beam waist to reduce inconvenient diffracted light. Further, Patent Document 4 discloses an apparatus for providing a plurality of light detection plates on an aperture base and measuring the temperature rise of the light detection plate so as to know the direction and degree of deviation of the laser beam axis with respect to the aperture. Has been.

特開平6−350166号公報JP-A-6-350166 特開2001−53370号公報JP 2001-53370 A 特開2006−196827号公報JP 2006-196827 A 特開平11−274614号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-274614

レーザ共振器内に設けたアパーチャは、レーザ発振するビーム径を制限することで、レーザビームの特性を容易に制御することができる。しかし高ゲインの高出力レーザにあっては、アパーチャで遮られたレーザ媒質においてもレーザ光が増幅され、アパーチャへの熱負荷となる。そこで、複数のアパーチャが共振器内に設けられるが、光軸調整された状態では、このアパーチャへの熱負荷が過度にならないような設計がなされる。すなわち、一般的なレーザ発振器では、放電管内の各位置における所望のビーム伝播形状に合わせた内径のアパーチャが該各位置に配置され、運転状態での各々のアパーチャで吸収または散乱されて制限されるレーザのエネルギーに極端に大きな差異はないようになっている。   The aperture provided in the laser resonator can easily control the characteristics of the laser beam by limiting the beam diameter for laser oscillation. However, in the case of a high-power, high-power laser, the laser light is amplified even in a laser medium blocked by the aperture and becomes a thermal load on the aperture. Therefore, a plurality of apertures are provided in the resonator, but in a state where the optical axis is adjusted, a design is made so that the thermal load on the aperture does not become excessive. That is, in a general laser oscillator, an aperture having an inner diameter matching a desired beam propagation shape at each position in the discharge tube is disposed at each position, and is limited by being absorbed or scattered by each aperture in the operating state. There is no significant difference in laser energy.

しかし、調整段階においては、光軸のズレにより、設計で意図された複数のアパーチャでレーザ光の増幅が抑制されず、媒質中を比較的長距離伝播する光路が存在し、強度の高いレーザ光がアパーチャを破壊することがある。また、稼動中にも、何らかの理由によって光軸がずれ、同様の事態を起こすことがある。さらに、発振器外部でレーザ光が反射され、発振器に戻ることがある。この場合、戻った光は、正確に元のレーザ光路を辿るものではなく、発振器内部のレーザ媒質で増幅され、予期せぬ高いエネルギー密度となることもある。このような発振器外部からの戻りレーザ光がアパーチャを破壊することもある。   However, at the adjustment stage, due to the deviation of the optical axis, the amplification of the laser beam is not suppressed by a plurality of apertures intended for the design, and there is an optical path that propagates in the medium for a relatively long distance. May destroy the aperture. Even during operation, the optical axis may shift for some reason, and the same situation may occur. Further, the laser beam may be reflected outside the oscillator and return to the oscillator. In this case, the returned light does not accurately follow the original laser beam path, but may be amplified by the laser medium inside the oscillator, resulting in an unexpectedly high energy density. Such return laser light from the outside of the oscillator may destroy the aperture.

また、アパーチャの内径部分は、ナイフエッジ状に鋭角な形状であることが、レーザのモード選択性を高める上で有利であるが、高出力レーザにあっては、個々のアパーチャに対する熱負荷が大きいので、アパーチャ内径のレーザビームを遮る部分が著しい温度上昇に晒され、アパーチャの損傷に至る場合もある。上述のようにレーザ光軸のズレを検出して補正する技術もあるが、そのための検出手段や補正手段が必要となり、装置全体が大型化かつ高コスト化する傾向がある。   In addition, it is advantageous to increase the mode selectivity of the laser that the inner diameter portion of the aperture has a sharp edge shape like a knife edge, but in the case of a high-power laser, the heat load on each aperture is large. As a result, the portion of the aperture inner diameter that blocks the laser beam is exposed to a significant temperature rise, which may result in damage to the aperture. Although there is a technique for detecting and correcting the deviation of the laser optical axis as described above, a detecting means and a correcting means for that purpose are required, and the whole apparatus tends to be increased in size and cost.

そこで本発明は、簡易かつ安価な構成でありながら、レーザ光軸のズレ等により生じる問題点を解決するアパーチャ構造を備えたレーザ発振器を提供する。   Accordingly, the present invention provides a laser oscillator having an aperture structure that solves problems caused by deviation of the laser optical axis, etc., while having a simple and inexpensive configuration.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、レーザ媒質を挟んで対向する反射鏡の間でレーザ発振を行い、レーザ光軸の周囲を遮りレーザビームの径を制限するモード制限用アパーチャを配置したレーザ発振器であって、前記モード制限用アパーチャの内径よりも大きい内径を備え、該モード制限用アパーチャを保護するガード用アパーチャを設けたことを特徴とするレーザ発振器を提供する。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a mode restriction in which laser oscillation is performed between reflecting mirrors facing each other with a laser medium interposed therebetween, and the diameter of the laser beam is limited by blocking the periphery of the laser optical axis. There is provided a laser oscillator having an aperture for use, wherein a guard aperture is provided which has an inner diameter larger than the inner diameter of the mode limiting aperture and protects the mode limiting aperture.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のレーザ発振器において、光学的経路に沿って配列される、複数の同一内径のモード制限用アパーチャを有し、前記複数のモード制限用アパーチャの間に、該モード制限用アパーチャの内径よりも大きい内径を備え、該複数のモード制限用アパーチャの少なくとも1つを保護するガード用アパーチャを設けた、レーザ発振器を提供する。   According to a second aspect of the present invention, in the laser oscillator according to the first aspect of the present invention, the laser oscillator includes a plurality of mode limiting apertures having the same inner diameter arranged along an optical path, and the plurality of mode limiting apertures In the meantime, a laser oscillator having an inner diameter larger than the inner diameter of the mode limiting aperture and provided with a guard aperture for protecting at least one of the plurality of mode limiting apertures is provided.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のレーザ発振器において、光学的経路に沿って配列される、複数の同一内径のモード制限用アパーチャを有し、前記複数のモード制限用アパーチャの少なくとも1つに隣接し、該モード制限用アパーチャよりも大きい径を持ち該モード制限用アパーチャを保護するガード用アパーチャを設けた、レーザ発振器を提供する。   According to a third aspect of the present invention, in the laser oscillator according to the first aspect, the laser oscillator includes a plurality of mode limiting apertures having the same inner diameter arranged along an optical path, and the plurality of mode limiting apertures There is provided a laser oscillator provided with a guard aperture that is adjacent to at least one and has a diameter larger than the mode limiting aperture and protects the mode limiting aperture.

請求項4に記載の発明は、請求項1に記載のレーザ発振器において、光学的経路に沿って配列される、レーザビームの外周部分の伝播形状に応じた内径を有する複数のモード制限用アパーチャを有し、前記複数のモード制限用アパーチャの間に、該モード制限用アパーチャの内径よりも大きい内径を備え、該複数のモード制限用アパーチャの少なくとも1つを保護するガード用アパーチャを設けた、レーザ発振器を提供する。   According to a fourth aspect of the present invention, in the laser oscillator according to the first aspect, a plurality of mode limiting apertures having an inner diameter corresponding to the propagation shape of the outer peripheral portion of the laser beam arranged along the optical path are provided. A laser having an inner diameter larger than an inner diameter of the mode limiting aperture between the plurality of mode limiting apertures and protecting at least one of the plurality of mode limiting apertures Provide an oscillator.

請求項5に記載の発明は、請求項1に記載のレーザ発振器において、光学的経路に沿って配列される、レーザビームの外周部分の伝播形状に応じた内径を有する複数のモード制限用アパーチャを有し、前記複数のモード制限用アパーチャの少なくとも1つに隣接し、該モード制限用アパーチャよりも大きい径を持ち該モード制限用アパーチャを保護するガード用アパーチャを設けた、レーザ発振器を提供する。   According to a fifth aspect of the present invention, in the laser oscillator according to the first aspect, a plurality of mode limiting apertures having an inner diameter corresponding to the propagation shape of the outer peripheral portion of the laser beam arranged along the optical path are provided. There is provided a laser oscillator provided with a guard aperture that is adjacent to at least one of the plurality of mode limiting apertures and has a larger diameter than the mode limiting aperture and protects the mode limiting aperture.

請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載のレーザ発振器において、前記モード制限用アパーチャを前記反射鏡に隣接するモード制限用アパーチャを設けた、レーザ発振器を提供する。   A sixth aspect of the present invention provides the laser oscillator according to any one of the first to fifth aspects, wherein the mode limiting aperture is provided with a mode limiting aperture adjacent to the reflecting mirror. To do.

光軸調整等でレーザビームの光軸がずれた状態に陥ったときは、モード制限用アパーチャで回折した光は、共振器内を比較的長距離を伝播する間に強度を増していくが、本発明によれば、モード制限用アパーチャの内径よりも大きい内径を備えたガードアパーチャを設けたことにより、光の一部がガードアパーチャにより遮られるので、モード制限用アパーチャに入射する量は少なくなり、モード制限用アパーチャが保護される。特に、光路経路あたりのレーザ発振利得の大きい発振器では、アパーチャに挟まれたレーザ媒質でも自然に発振するレーザ光が出現してしまうが、ガードアパーチャは、このような望ましくない発振を抑制する効果がある。一方レーザ発振器が正しく光軸調整された状態にあるときは、ガードアパーチャには僅かに回折したレーザ光が照射されるのみである。   When the optical axis of the laser beam is shifted due to adjustment of the optical axis, etc., the light diffracted by the mode limiting aperture increases in intensity while propagating in the resonator over a relatively long distance. According to the present invention, since the guard aperture having an inner diameter larger than the inner diameter of the mode limiting aperture is provided, a part of the light is blocked by the guard aperture, so that the amount incident on the mode limiting aperture is reduced. The mode limiting aperture is protected. In particular, in an oscillator having a large laser oscillation gain per optical path, a laser beam that oscillates naturally appears even in a laser medium sandwiched between the apertures. However, the guard aperture has an effect of suppressing such undesirable oscillation. is there. On the other hand, when the laser oscillator is correctly adjusted in the optical axis, the guard aperture is only irradiated with slightly diffracted laser light.

本発明によれば、複数のモード制限用アパーチャが、同一内径を備える場合、及び所望のレーザビームプロファイルの外形に応じた内径を備える場合のいずれについても、それぞれ好適な実施形態が提供される。   According to the present invention, a preferred embodiment is provided for each of a plurality of mode limiting apertures having the same inner diameter and an inner diameter corresponding to the outer shape of a desired laser beam profile.

また、ガードアパーチャをモード制限用アパーチャに隣接して設けることにより、モード制限用アパーチャの内径に近い部分以外の、ガードアパーチャの陰になる部分は、レーザ媒質による発振がないために、全くレーザ光が当たらない。従って、モード制限用アパーチャへの熱負荷が著しく抑えられる。   In addition, by providing a guard aperture adjacent to the mode limiting aperture, the portion behind the guard aperture other than the portion close to the inner diameter of the mode limiting aperture does not oscillate due to the laser medium, so there is no laser beam. Will not win. Therefore, the heat load on the mode limiting aperture is significantly suppressed.

ガードアパーチャを反射鏡に隣接配置することによっても、反射鏡に到達する光の一部が遮られるので、望ましくない発振を抑制する効果がある。   Even when the guard aperture is disposed adjacent to the reflecting mirror, a part of the light reaching the reflecting mirror is blocked, so that there is an effect of suppressing undesirable oscillation.

図2は、図1に示したガスレーザ発振装置の光学系の従来例を示す図である。ここでは、理解を助けるために、特に、レーザ発振に寄与する構成要素のみを抜き出して示している。図示例では、リア鏡6及び出力鏡7がレーザ共振器を構成し、リア鏡6と出力鏡7との間にレーザ媒質となるレーザガスを含む放電管21〜26が並べられ、各放電管内でレーザガスが放電励起される。なお、いわゆる長尺の共振器では、発振器を小さくするために折返し鏡でレーザ光の向きを反転させることもあるが、ここでは明瞭化のため直列に配列されたものとして図示している。   FIG. 2 is a diagram showing a conventional example of the optical system of the gas laser oscillation device shown in FIG. Here, in order to help understanding, in particular, only components that contribute to laser oscillation are extracted and shown. In the illustrated example, a rear mirror 6 and an output mirror 7 constitute a laser resonator, and discharge tubes 21 to 26 including a laser gas serving as a laser medium are arranged between the rear mirror 6 and the output mirror 7. Laser gas is excited to discharge. In the case of a so-called long resonator, the direction of the laser beam may be reversed by a folding mirror to reduce the size of the oscillator, but here it is illustrated as being arranged in series for the sake of clarity.

図2の例では、4つのアパーチャ31〜34がレーザビーム35の外周部分の伝播形状に沿うように配置され、各アパーチャがレーザビーム35の外周部を制限することで、レーザビームの発振モードが制限される。しかしながら、例えば点pのような、レーザビームの強度の大きいところから外れた場所においても、レーザ媒質の内部であればある程度のレーザ発振が生じる。これは、アパーチャの内径部分すなわちナイフエッジ部分において生じる回折光が回り込むことにより生じたり、レーザ媒質の長手方向に自然に発振して生じたりするものであり、一般に高出力レーザが高ゲインであるがために生じるものである。   In the example of FIG. 2, four apertures 31 to 34 are arranged so as to follow the propagation shape of the outer peripheral portion of the laser beam 35, and each aperture restricts the outer peripheral portion of the laser beam 35. Limited. However, even at a place deviating from the place where the intensity of the laser beam is high, such as point p, a certain amount of laser oscillation occurs if it is inside the laser medium. This is caused by the diffracted light generated in the inner diameter portion of the aperture, that is, the knife edge portion, or it oscillates naturally in the longitudinal direction of the laser medium. Generally, a high-power laser has a high gain. This is what happens.

このようにして発光した所望のレーザビーム経路35に収まらないレーザ光は、結局はアパーチャに照射され反射・吸収されることになる。例えば、図2に示す経路36がこれに相当する。このために、アパーチャはレーザ発振時に熱せられることになる。また、このアパーチャの発熱はレーザ光軸が精確に調整されていても生じ得るものである。   The laser light that does not fit in the desired laser beam path 35 emitted in this way is eventually irradiated onto the aperture and reflected and absorbed. For example, the path 36 shown in FIG. 2 corresponds to this. For this reason, the aperture is heated during laser oscillation. Further, this heat generation of the aperture can occur even when the laser optical axis is accurately adjusted.

ところで、レーザの光軸は、レーザの調整作業時や意図しない障害等のために、図3のように傾く場合がある。この場合、レーザビームプロファイルは例えば経路37及び38で画定されるようなものとなり、レーザ光がアパーチャに接する箇所は、参照符号31a及び34aで示すアパーチャ31及び34の一部のみとなる。すると、それらの部分31a及び34aのすぐ外側の領域では、共振器長にほぼ等しい距離に亘ってレーザ光を遮るものがなく、故にこれらの部分で相当に強いレーザ光が発光し、アパーチャ部分31a及び34aに照射される。結果として、これらの部分は強く熱せられ、場合によっては溶融破損してしまう。   By the way, the optical axis of the laser may be tilted as shown in FIG. 3 due to a laser adjustment operation or an unintended failure. In this case, the laser beam profile is defined by, for example, paths 37 and 38, and the portions where the laser light contacts the aperture are only a part of the apertures 31 and 34 indicated by reference numerals 31a and 34a. Then, in the region immediately outside the portions 31a and 34a, there is nothing to block the laser beam over a distance substantially equal to the resonator length, and therefore, a considerably strong laser beam is emitted in these portions, and the aperture portion 31a. And 34a. As a result, these parts are heated strongly and in some cases are melted and broken.

そこで、本発明では、図4に示す第1の実施形態のように、モード制限用アパーチャを保護するためのガードアパーチャ41〜43が配置される。各ガードアパーチャの内径は、該ガードアパーチャを挟むモード制限用アパーチャの内径よりもいくらか大きく設定される。この場合、上述の経路36は、ガードアパーチャ41及び43によって遮断され、モード制限用アパーチャ31及び34に到達する所望のレーザプロファイル35に属さない周辺光は減殺される。図3のように光軸がずれた場合においても、アパーチャ31及び34の発熱が少なくなることになるので、アパーチャの溶融破損は起こりにくくなる。   Therefore, in the present invention, as in the first embodiment shown in FIG. 4, guard apertures 41 to 43 for protecting the mode limiting aperture are arranged. The inner diameter of each guard aperture is set to be somewhat larger than the inner diameter of the mode limiting aperture that sandwiches the guard aperture. In this case, the above-described path 36 is blocked by the guard apertures 41 and 43, and ambient light that does not belong to the desired laser profile 35 reaching the mode limiting apertures 31 and 34 is attenuated. Even when the optical axis is deviated as shown in FIG. 3, the apertures 31 and 34 generate less heat, and the aperture is less likely to melt.

図5に示す第2の実施形態では、モード制限用アパーチャ31〜34に隣接してガードアパーチャ51〜56が配置される。各ガードアパーチャの内径は、隣接するモード制限用アパーチャの内径よりもいくらか大きく設定される。ガードアパーチャ51〜56を用いない場合、図2のように、広範な範囲の周辺光がアパーチャ31に照射されることになるが、この実施形態においては、各モード制限用アパーチャの露出部分は、内径部分近傍の極狭い部分に限定されるので、モード制限用アパーチャ自体の発熱は極めて少なくなる。   In the second embodiment shown in FIG. 5, guard apertures 51 to 56 are arranged adjacent to the mode limiting apertures 31 to 34. The inner diameter of each guard aperture is set somewhat larger than the inner diameter of the adjacent mode limiting aperture. When the guard apertures 51 to 56 are not used, as shown in FIG. 2, the aperture 31 is irradiated with a wide range of ambient light. In this embodiment, the exposed portion of each mode limiting aperture is Since it is limited to an extremely narrow portion in the vicinity of the inner diameter portion, heat generation of the mode limiting aperture itself is extremely small.

上述の2つの実施形態では、レーザプロファイル35は光路の中央付近にビームウェストを有する形態として図示されているが、一般にレーザ光の伝播形状は、図6に示すレーザプロファイル35′に示すように、平行線(立体的にみると円筒)に近いものである。このような事情から、市販のレーザ発振装置においては、レーザ光の伝播形状に厳密に合わせてアパーチャ径を構成することは経済的でないので、全てのアパーチャを同一内径として構成することが多い。図6及び図7は、同一内径のアパーチャ31′〜34′を有するレーザ発振器に、上述の第1及び第2の実施形態の実質同様のアパーチャ41′〜43′及び51′〜56′をそれぞれ適用した例を示す。   In the two embodiments described above, the laser profile 35 is illustrated as having a beam waist near the center of the optical path, but generally the propagation shape of the laser light is as shown in the laser profile 35 'shown in FIG. It is close to parallel lines (cylindrical when viewed three-dimensionally). Under such circumstances, in a commercially available laser oscillation device, it is not economical to configure the aperture diameter in strict accordance with the propagation shape of the laser beam, and therefore, all the apertures are often configured to have the same inner diameter. 6 and 7 show a laser oscillator having apertures 31 'to 34' having the same inner diameter and apertures 41 'to 43' and 51 'to 56' substantially similar to those of the first and second embodiments described above, respectively. An applied example is shown.

なお、ガードアパーチャは、モード制限用アパーチャの間に必ず設けなければならないものではなく、例えば図8に示すガードアパーチャ61及び62のように、出力鏡7又はリア鏡6に隣接又は近接して設けることもできる。このような構成によれば、リア鏡又は出力鏡に到達する光の一部が遮断されるので、望ましくない発振を抑制する効果が得られる。   The guard aperture is not necessarily provided between the mode limiting apertures. For example, the guard aperture is provided adjacent to or close to the output mirror 7 or the rear mirror 6 like the guard apertures 61 and 62 shown in FIG. You can also. According to such a configuration, part of the light reaching the rear mirror or the output mirror is blocked, so that an effect of suppressing undesirable oscillation can be obtained.

本発明に係るガードアパーチャの採用は、モード制限用アパーチャへの熱負荷を軽減し、アパーチャの水冷やセラミックなどの特殊材料の採用など、特別な設計的配慮を不要とするものである。また、モード制限用アパーチャの発熱は共振器の熱歪みの原因となるので、これを軽減する効果は安定したレーザ発振器を構成する上で有用なものである。さらには、ガードアパーチャを高温となる放電管下流部に構成することで、アパーチャによる発熱を共振器の発熱部に集約し、集中的かつ効果的に冷却することができる。これは、熱的に安定した共振器を得る上で重要な技術である。   The use of the guard aperture according to the present invention reduces the thermal load on the mode limiting aperture and eliminates special design considerations such as the use of special materials such as water cooling of the aperture and ceramic. Further, since the heat generated by the mode limiting aperture causes the thermal distortion of the resonator, the effect of reducing this is useful in constructing a stable laser oscillator. Furthermore, by configuring the guard aperture in the downstream portion of the discharge tube where the temperature becomes high, the heat generated by the aperture can be concentrated in the heat generating portion of the resonator and can be cooled intensively and effectively. This is an important technique for obtaining a thermally stable resonator.

以上は、ガスレーザについて説明したが、固体レーザにあっては、図4〜図8の放電管をレーザ媒体とすることで、同一の作用効果が得られることは容易に理解されよう。   The gas laser has been described above. However, in the case of a solid-state laser, it can be easily understood that the same effect can be obtained by using the discharge tube of FIGS. 4 to 8 as a laser medium.

一般的なレーザ発振器の要部の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the principal part of a general laser oscillator. 従来例におけるレーザビーム経路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the laser beam path | route in a prior art example. 従来例におけるレーザビーム経路の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the laser beam path | route in a prior art example. 本発明に係るレーザ発振器の第1の実施形態を示す図である。It is a figure showing a 1st embodiment of a laser oscillator concerning the present invention. 本発明に係るレーザ発振器の第2の実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the laser oscillator based on this invention. 第1の実施形態を、モード制限用アパーチャが同一内径の場合に適用した形態を示す図である。It is a figure which shows the form which applied 1st Embodiment when the aperture for mode restrictions has the same internal diameter. 第2の実施形態を、モード制限用アパーチャが同一内径の場合に適用した形態を示す図である。It is a figure which shows the form which applied 2nd Embodiment when the aperture for mode restrictions has the same internal diameter. ガードアパーチャを反射鏡に隣接させた例を示す図である。It is a figure which shows the example which made the guard aperture adjoin to a reflective mirror.

符号の説明Explanation of symbols

1 放電管
6 リア鏡
7 出力鏡
21〜26 放電管
31〜34 モード制限用アパーチャ
35 レーザビームプロファイル
41〜43、51〜56、61、62 ガードアパーチャ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge tube 6 Rear mirror 7 Output mirror 21-26 Discharge tube 31-34 Mode restriction aperture 35 Laser beam profile 41-43, 51-56, 61, 62 Guard aperture

Claims (6)

レーザ媒質を挟んで対向する反射鏡の間でレーザ発振を行い、レーザ光軸の周囲を遮りレーザビームの径を制限するモード制限用アパーチャを配置したレーザ発振器であって、
前記モード制限用アパーチャの内径よりも大きい内径を備え、該モード制限用アパーチャを保護するガード用アパーチャを設けたことを特徴とするレーザ発振器。
A laser oscillator in which a laser is oscillated between reflecting mirrors facing each other with a laser medium interposed therebetween, and a mode limiting aperture is provided to block the periphery of the laser optical axis and limit the diameter of the laser beam,
A laser oscillator having a larger inner diameter than the inner diameter of the mode limiting aperture and provided with a guard aperture for protecting the mode limiting aperture.
光学的経路に沿って配列される、複数の同一内径のモード制限用アパーチャを有し、
前記複数のモード制限用アパーチャの間に、該モード制限用アパーチャの内径よりも大きい内径を備え、該複数のモード制限用アパーチャの少なくとも1つを保護するガード用アパーチャを設けた、請求項1に記載のレーザ発振器。
Having a plurality of same-diameter mode limiting apertures arranged along the optical path;
The guard aperture for protecting at least one of the plurality of mode limiting apertures is provided between the plurality of mode limiting apertures and having an inner diameter larger than the inner diameter of the mode limiting aperture. The laser oscillator described.
光学的経路に沿って配列される、複数の同一内径のモード制限用アパーチャを有し、
前記複数のモード制限用アパーチャの少なくとも1つに隣接し、該モード制限用アパーチャよりも大きい径を持ち該モード制限用アパーチャを保護するガード用アパーチャを設けた、請求項1に記載のレーザ発振器。
Having a plurality of same-diameter mode limiting apertures arranged along the optical path;
2. The laser oscillator according to claim 1, further comprising a guard aperture that is adjacent to at least one of the plurality of mode limiting apertures and has a larger diameter than the mode limiting aperture and protects the mode limiting aperture.
光学的経路に沿って配列される、レーザビームの外周部分の伝播形状に応じた内径を有する複数のモード制限用アパーチャを有し、
前記複数のモード制限用アパーチャの間に、該モード制限用アパーチャの内径よりも大きい内径を備え、該複数のモード制限用アパーチャの少なくとも1つを保護するガード用アパーチャを設けた、請求項1に記載のレーザ発振器。
A plurality of mode limiting apertures having an inner diameter corresponding to the propagation shape of the outer peripheral portion of the laser beam, arranged along the optical path;
The guard aperture for protecting at least one of the plurality of mode limiting apertures is provided between the plurality of mode limiting apertures and having an inner diameter larger than the inner diameter of the mode limiting aperture. The laser oscillator described.
光学的経路に沿って配列される、レーザビームの外周部分の伝播形状に応じた内径を有する複数のモード制限用アパーチャを有し、
前記複数のモード制限用アパーチャの少なくとも1つに隣接し、該モード制限用アパーチャよりも大きい径を持ち該モード制限用アパーチャを保護するガード用アパーチャを設けた、請求項1に記載のレーザ発振器。
A plurality of mode limiting apertures having an inner diameter corresponding to the propagation shape of the outer peripheral portion of the laser beam, arranged along the optical path;
2. The laser oscillator according to claim 1, further comprising a guard aperture that is adjacent to at least one of the plurality of mode limiting apertures and has a larger diameter than the mode limiting aperture and protects the mode limiting aperture.
前記モード制限用アパーチャを前記反射鏡に隣接するモード制限用アパーチャを設けた、請求項1〜5のいずれか1項に記載のレーザ発振器。   The laser oscillator according to claim 1, wherein the mode limiting aperture is provided with a mode limiting aperture adjacent to the reflecting mirror.
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