JP2020098814A - Optical resonator - Google Patents

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Abstract

To provide an optical resonator capable of suppressing unwanted oscillation due to a surface facing the outside of a front mirror even if the surface facing the outside of the front mirror is inclined and a roof mirror is used for a rear mirror.SOLUTION: An optical resonator includes a front mirror and a rear mirror, and reciprocates light through a discharge region where laser gas is excited. A surface facing the outside of the front mirror is inclined with respect to a virtual plane perpendicular to an optical axis of the optical resonator. The rear mirror has two planar reflective areas with a positional relationship orthogonally crossing each other. The intersection of two virtual planes that include the two reflective regions of the rear mirror, respectively, and the inclination direction of a surface facing the outside of the front mirror deviate from an orthogonal relationship.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、光共振器に関する。 The present invention relates to an optical resonator.

光共振器のフロントミラーの外側を向く表面を光共振器の光軸に対して傾斜させることにより、外側を向く表面での反射による不要な共振を抑制する光共振器が公知である（例えば、下記の特許文献１の段落［００５４］）。また、高次横モードの発生を抑止してモード安定性を高めるために、光共振器のリアミラーとして、相互に直交する２枚の反射面を含むルーフミラーを用いた光共振器が公知である。 An optical resonator is known in which an outer surface of a front mirror of an optical resonator is tilted with respect to an optical axis of the optical resonator, thereby suppressing unnecessary resonance due to reflection on the outer surface (for example, Paragraph [0054]) of Patent Document 1 below. Further, an optical resonator using a roof mirror including two reflecting surfaces orthogonal to each other is known as a rear mirror of the optical resonator in order to suppress generation of higher-order transverse modes and enhance mode stability. ..

国際公開第２０１４／０４６１６１号International Publication No. 2014/046161

リアミラーが平面鏡である場合、フロントミラーの外側を向く面が傾斜していると、フロントミラーの外側を向く面とリアミラーとの間を往復する光は、少ない往復回数で、光共振器内に配置されたアイリスによって遮光される。このため、フロントミラーの外側を向く面とリアミラーとの間に閉じ込められた光はレーザ光まで成長しない。 When the rear mirror is a plane mirror and the surface facing the outside of the front mirror is inclined, the light that travels back and forth between the surface facing the outside of the front mirror and the rear mirror is placed in the optical resonator with a small number of round trips. The iris is shielded from light. Therefore, the light confined between the surface of the front mirror facing the outside and the rear mirror does not grow to laser light.

ところが、リアミラーとしてルーフミラーを用いた場合には、平面ミラーを用いた場合と比べて、フロントミラーの外側を向く面とリアミラーとの間を往復する回数が増加する場合がある。往復回数が増加すると、本来発振すべきレーザビームの他に、光共振器の光軸に対して傾いた方向に伝搬する光がレーザ光まで成長する場合がある。光軸に対して傾いた方向に伝搬するレーザビームは、本来発振すべきレーザビームの横断面における強度分布（横モード）に影響を与える。 However, when the roof mirror is used as the rear mirror, the number of times of reciprocation between the surface facing the outside of the front mirror and the rear mirror may increase, as compared with the case where the flat mirror is used. When the number of round trips increases, in addition to the laser beam to be originally oscillated, light propagating in a direction inclined with respect to the optical axis of the optical resonator may grow to laser light. The laser beam propagating in the direction inclined with respect to the optical axis affects the intensity distribution (transverse mode) in the cross section of the laser beam to be originally oscillated.

光共振器の光軸に対して傾いた方向に伝搬するレーザビームを本来発振すべきレーザビームから光共振器の外部で分離するためには、数メートル程度の距離が必要になる。このため、両者を分離するための光学系が長くなり、光学装置が高価になる。 In order to separate the laser beam propagating in the direction inclined with respect to the optical axis of the optical resonator from the laser beam to be oscillated outside the optical resonator, a distance of about several meters is required. Therefore, the optical system for separating the two becomes long, and the optical device becomes expensive.

本発明の目的は、フロントミラーの外側を向く面を傾斜させ、リアミラーにルーフミラーを用いても、フロントミラーの外側を向く面に起因する不要な発振を抑制することができる光共振器を提供することである。 An object of the present invention is to provide an optical resonator in which an outer surface of a front mirror is tilted and unnecessary oscillation due to a surface of the front mirror facing outward is suppressed even when a roof mirror is used as a rear mirror. It is to be.

本発明の一観点によると、
フロントミラーとリアミラーとを有し、レーザガスを励起させる放電領域を通って光を往復させる光共振器であって、
前記フロントミラーの外側を向く面が、前記光共振器の光軸に垂直な仮想平面に対して傾斜しており、
前記リアミラーは、相互に交差する位置関係にある平面状の２つの反射領域を持ち、
前記リアミラーの前記２つの反射領域をそれぞれ含む２つの仮想平面の交線と、前記フロントミラーの外側を向く面の傾斜方向とが、直交の関係からずれている光共振器が提供される。 According to one aspect of the invention,
An optical resonator having a front mirror and a rear mirror, which reciprocates light through a discharge region for exciting a laser gas,
The surface of the front mirror that faces the outside is inclined with respect to a virtual plane perpendicular to the optical axis of the optical resonator,
The rear mirror has two plane-shaped reflective regions that are in a positional relationship intersecting with each other,
There is provided an optical resonator in which a line of intersection of two virtual planes each including the two reflection regions of the rear mirror and an inclination direction of a surface of the front mirror facing outward are deviated from an orthogonal relationship.

リアミラーの２つの反射領域をそれぞれ含む２つの仮想平面の交線と、フロントミラーの外側を向く面の傾斜方向とを直交の関係からずらすと、フロントミラーの外側を向く面で反射した光が、光共振器内を往復できる回数が少なくなる。その結果、フロントミラーの外側を向く面に起因する不要な発振を抑制することができる。 When the line of intersection of the two virtual planes each including the two reflection areas of the rear mirror and the tilt direction of the surface facing the outside of the front mirror are shifted from the orthogonal relationship, the light reflected by the surface facing the outside of the front mirror is The number of reciprocations in the optical resonator is reduced. As a result, unnecessary oscillation due to the surface of the front mirror facing the outside can be suppressed.

図１は、実施例による光共振器が搭載されたガスレーザ装置の光軸を含む断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view including an optical axis of a gas laser device equipped with an optical resonator according to an embodiment. 図２は、実施例による光共振器が搭載されたガスレーザ装置の光軸に垂直な断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis of the gas laser device equipped with the optical resonator according to the embodiment. 図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、それぞれ実施例による光共振器の斜視図、ｙ軸に垂直な断面図、及びｘ軸に垂直な断面図である。3A, 3B, and 3C are a perspective view, a cross-sectional view perpendicular to the y-axis, and a cross-sectional view perpendicular to the x-axis, respectively, of an optical resonator according to an embodiment. 図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ実施例及び比較例による光共振器のフロントミラーの外側を向く面で垂直反射した光の、ｘｚ断面における伝搬の様子を示す図である。FIG. 4A and FIG. 4B are diagrams showing how light, which is vertically reflected by the surface of the optical resonator according to the example and the comparative example, which faces the outside of the front mirror, propagates in the xz section. 図５は、フロントアイリス、リアアイリス、及び両者の間を光共振器の光軸に対して斜め方向伝搬する光の模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of the front iris, the rear iris, and light propagating between them in an oblique direction with respect to the optical axis of the optical resonator. 図６は、実施例による光共振器を搭載したレーザ発振器を用いたレーザ加工装置の概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a laser processing apparatus using a laser oscillator equipped with the optical resonator according to the embodiment.

図１〜図３Ｃを参照して、実施例による光共振器、及びこの光共振器が搭載されたガスレーザ装置について説明する。
図１は、実施例による光共振器が搭載されたガスレーザ装置の光軸を含む断面図である。光共振器の光軸方向をｚ軸方向とし、鉛直上方をｘ軸方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。 1 to 3C, an optical resonator according to an embodiment and a gas laser device equipped with the optical resonator will be described.
FIG. 1 is a sectional view including an optical axis of a gas laser device equipped with an optical resonator according to an embodiment. An xyz orthogonal coordinate system in which the optical axis direction of the optical resonator is the z-axis direction and the vertically upward direction is the x-axis direction is defined.

チェンバ１０にレーザガスが収容される。チェンバ１０の内部空間が、相対的に鉛直方向上側に位置する光学室１１と、相対的に鉛直方向下側に位置するブロワ室１２と区分されている。光学室１１とブロワ室１２とは、上下仕切り板１３で仕切られている。なお、上下仕切り板１３には、レーザガスを光学室１１とブロワ室１２との間で流通させる開口が設けられている。ブロワ室１２の側壁から光学室１１の底板１４がｚ軸方向の両側に張り出しており、光学室１１のｚ軸方向の長さが、ブロワ室１２のｚ軸方向の長さより長くなっている。チェンバ１０は、光学室１１の底板１４においてチェンバ支持部材１６により光学ベースに支持される。 A laser gas is contained in the chamber 10. The inner space of the chamber 10 is divided into an optical chamber 11 located relatively upward in the vertical direction and a blower chamber 12 located relatively downward in the vertical direction. The optical chamber 11 and the blower chamber 12 are partitioned by an upper and lower partition plate 13. The upper and lower partition plates 13 are provided with openings for allowing the laser gas to flow between the optical chamber 11 and the blower chamber 12. The bottom plate 14 of the optical chamber 11 projects from the side wall of the blower chamber 12 to both sides in the z-axis direction, and the length of the optical chamber 11 in the z-axis direction is longer than the length of the blower chamber 12 in the z-axis direction. The chamber 10 is supported on the optical base by the chamber support member 16 in the bottom plate 14 of the optical chamber 11.

光学室１１内に、一対の放電電極２１が配置されている。一対の放電電極２１は、それぞれ放電電極支持部材２２、２３を介して底板１４に支持されている。一対の放電電極２１は、ｘ軸方向に間隔を隔てて配置され、両者の間に放電領域２４が画定される。放電電極２１は放電領域２４に放電を生じさせることにより、レーザガスを励起させる。後に図２を参照して説明するように、放電領域２４を図１の紙面に垂直な方向にレーザガスが流れる。 A pair of discharge electrodes 21 is arranged in the optical chamber 11. The pair of discharge electrodes 21 are supported by the bottom plate 14 via discharge electrode support members 22 and 23, respectively. The pair of discharge electrodes 21 are arranged at intervals in the x-axis direction, and a discharge region 24 is defined between them. The discharge electrode 21 excites the laser gas by causing a discharge in the discharge region 24. As will be described later with reference to FIG. 2, the laser gas flows through the discharge region 24 in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.

光学室１１内に配置された共通支持部材２６に光共振器２５が支持されている。光共振器２５は、フロントミラー２５Ｆ及びリアミラー２５Ｒで構成される。光共振器２５の光軸が放電領域２４内を通過している。共通支持部材２６は、光共振器支持部材２７を介して底板１４に支持されている。光共振器２５の光軸をフロントミラー２５Ｆ側（図１において左側）に延伸させた延長線と光学室１１の壁面との交差箇所に、レーザビームを透過させる光透過窓２８が取り付けられている。光共振器２５内で励振されたレーザビームが光透過窓２８を透過して外部に放射される。 The optical resonator 25 is supported by a common support member 26 arranged in the optical chamber 11. The optical resonator 25 includes a front mirror 25F and a rear mirror 25R. The optical axis of the optical resonator 25 passes through the discharge region 24. The common support member 26 is supported by the bottom plate 14 via an optical resonator support member 27. A light transmission window 28 for transmitting a laser beam is attached to an intersection of an extension line extending the optical axis of the optical resonator 25 toward the front mirror 25F side (left side in FIG. 1) and a wall surface of the optical chamber 11. .. The laser beam excited in the optical resonator 25 passes through the light transmission window 28 and is emitted to the outside.

ブロワ室１２にブロワ５０が配置されている。ブロワ５０は、光学室１１とブロワ室１２との間でレーザガスを循環させる。 A blower 50 is arranged in the blower chamber 12. The blower 50 circulates a laser gas between the optical chamber 11 and the blower chamber 12.

図２は、本実施例による光共振器２５（図１）が搭載されたガスレーザ装置のｚ軸に垂直な断面図である。チェンバ１０の内部空間が上下仕切り板１３により、上方の光学室１１と下方のブロワ室１２とに区分されている。光学室１１内に、一対の放電電極２１、光共振器２５（図１）を支持する共通支持部材２６が配置されている。放電電極２１の間に放電領域２４が画定される。 FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the z-axis of a gas laser device equipped with the optical resonator 25 (FIG. 1) according to this embodiment. The inner space of the chamber 10 is divided into an upper optical chamber 11 and a lower blower chamber 12 by the upper and lower partition plates 13. A common support member 26 that supports the pair of discharge electrodes 21 and the optical resonator 25 (FIG. 1) is arranged in the optical chamber 11. A discharge region 24 is defined between the discharge electrodes 21.

光学室１１内に仕切り板１５が配置されている。仕切り板１５は、上下仕切り板１３に設けられた開口１３Ａから放電領域２４までの第１ガス流路５１、放電領域２４から上下仕切り板１３に設けられた他の開口１３Ｂまでの第２ガス流路５２を画定する。レーザガスは、放電領域２４を、光軸に対して直交する方向（ｙ軸方向）に流れる。放電方向（ｘ軸方向）は、レーザガスが流れる方向（ｙ軸方向）、及び光軸方向（ｚ軸方向）の両方に対して直交する。ブロワ室１２、第１ガス流路５１、放電領域２４、及び第２ガス流路５２によって、レーザガスが循環する循環路が構成される。ブロワ５０は、この循環路をレーザガスが循環するように、レーザガスの流れを発生させる。 A partition plate 15 is arranged in the optical chamber 11. The partition plate 15 has a first gas flow path 51 from the opening 13A provided in the upper and lower partition plates 13 to the discharge region 24, and a second gas flow from the discharge region 24 to another opening 13B provided in the upper and lower partition plates 13. A path 52 is defined. The laser gas flows in the discharge region 24 in the direction (y-axis direction) orthogonal to the optical axis. The discharge direction (x-axis direction) is orthogonal to both the laser gas flow direction (y-axis direction) and the optical axis direction (z-axis direction). The blower chamber 12, the first gas flow path 51, the discharge region 24, and the second gas flow path 52 constitute a circulation path through which the laser gas circulates. The blower 50 generates a laser gas flow so that the laser gas circulates in this circulation path.

ブロワ室１２内の循環路に、熱交換器５６が収容されている。放電領域２４で加熱されたレーザガスが、熱交換器５６を通過することによって冷却され、冷却されたレーザガスが放電領域２４に再供給される。 A heat exchanger 56 is housed in the circulation path inside the blower chamber 12. The laser gas heated in the discharge area 24 is cooled by passing through the heat exchanger 56, and the cooled laser gas is supplied again to the discharge area 24.

上下仕切り板１３に、ブロワ室１２から光学室１１にレーザガスを流出させる流出穴５８が設けられている。ブロワ５０によって第１ガス流路５１に向かうレーザガスの流れに含まれる一部のレーザガスは、流出穴５８を通過して光学室１１に流出する。流出穴５８には、パーティクルを除去するフィルタ５９が設けられている。例えば、フィルタ５９は流出穴５８を塞いでおり、ブロワ室１２から光学室１１に流出するレーザガスは、フィルタ５９を通過することによりろ過される。 The upper and lower partition plates 13 are provided with outflow holes 58 that allow the laser gas to flow out from the blower chamber 12 to the optical chamber 11. A part of the laser gas included in the flow of the laser gas toward the first gas flow path 51 by the blower 50 passes through the outflow hole 58 and flows out to the optical chamber 11. The outflow hole 58 is provided with a filter 59 for removing particles. For example, the filter 59 closes the outflow hole 58, and the laser gas flowing out from the blower chamber 12 to the optical chamber 11 is filtered by passing through the filter 59.

図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、それぞれ本実施例による光共振器２５の斜視図、ｙ軸に垂直な断面図（垂直断面図）、及びｘ軸に垂直な断面図（水平断面図）である。 3A, 3B, and 3C are a perspective view, a sectional view perpendicular to the y-axis (vertical sectional view), and a sectional view perpendicular to the x-axis (horizontal sectional view), respectively, of the optical resonator 25 according to the present embodiment. Is.

リアミラー２５Ｒは、相互に交差する２枚の反射面を有するルーフミラーで構成されている。２枚の反射面のなす角度はほぼ直角である。ほぼ直交する２枚の反射面を有するリアミラー２５Ｒは、横方向のビームの変動を抑制し、ビーム強度分布の安定性を高める機能を持つ。放電領域２４とフロントミラー２５Ｆとの間にフロントアイリス２９Ｆが配置されており、放電領域２４とリアミラー２５Ｒとの間にリアアイリス２９Ｒが配置されている。なお、図３Ａの斜視図においては、フロントアイリス２９Ｆ及びリアアイリス２９Ｒの記載を省略している。フロントアイリス２９Ｆ及びリアアイリス２９Ｒは、光共振器２５の光軸から離れた領域を伝搬する不要な光を遮光する機能を持つ。 The rear mirror 25R is composed of a roof mirror having two reflecting surfaces that intersect each other. The angle formed by the two reflecting surfaces is almost a right angle. The rear mirror 25R having two reflecting surfaces that are substantially orthogonal to each other has a function of suppressing lateral beam fluctuations and enhancing stability of the beam intensity distribution. The front iris 29F is arranged between the discharge region 24 and the front mirror 25F, and the rear iris 29R is arranged between the discharge region 24 and the rear mirror 25R. The front iris 29F and the rear iris 29R are omitted in the perspective view of FIG. 3A. The front iris 29F and the rear iris 29R have a function of blocking unnecessary light propagating in a region away from the optical axis of the optical resonator 25.

リアミラー２５Ｒは、２枚の反射面の谷線２５１がｘ軸に平行になる姿勢で固定されている。フロントミラー２５Ｆは、光共振器２５の内側を向く面２５５及び外側を向く面２５６を有する。内側を向く面２５５は部分反射コーティングされており、外側を向く面２５６は無反射コーティングされている。内側を向く面２５５は、光共振器２５の光軸（ｚ軸）に対して直交しており、外側を向く面２５６は、光軸に直交する仮想平面（ｘｙ面に平行な面）に対して傾斜している。なお、内側を向く面２５５を、光軸上に焦点を持つ凹面としてもよい。光軸に直交する仮想平面（ｘｙ面に平行な面）に対して、フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６が傾斜している角度を、単に「外側を向く面の傾斜角」という場合がある。 The rear mirror 25R is fixed such that the valley lines 251 of the two reflecting surfaces are parallel to the x axis. The front mirror 25F has a surface 255 facing the inside of the optical resonator 25 and a surface 256 facing the outside of the optical resonator 25. The inwardly facing surface 255 is partially reflectively coated and the outwardly facing surface 256 is non-reflective coating. The inwardly facing surface 255 is orthogonal to the optical axis (z axis) of the optical resonator 25, and the outwardly facing surface 256 is relative to a virtual plane (parallel to the xy plane) orthogonal to the optical axis. Is tilted. The surface 255 facing inward may be a concave surface having a focal point on the optical axis. The angle at which the surface 256 of the front mirror 25F that faces the outside is inclined with respect to the virtual plane orthogonal to the optical axis (the surface that is parallel to the xy plane) may be simply referred to as the "angle of inclination of the surface that faces the outside". ..

光軸に垂直な仮想平面（ｘｙ面）に対して外側を向く面２５６が傾斜する方向は、ｘ軸の正または負の方向である。ここで、「傾斜する方向」とは、外側を向く面２５６に含まれる直線のうち、ｘｙ面に対する傾斜角が最大となる直線の下り方向を意味する。言い換えると、フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６の傾斜方向と、リアミラー２５Ｒの谷線２５１とが平行の関係になる。光共振器２５として、折返しミラー等を含む折り返し光共振器を採用してもよい。この場合、フロントミラー２５Ｆが配置された位置における光軸に垂直な仮想平面に、光共振器２５を構成する折り返しミラー等の光学部品を経由して谷線２５１を投影した線像と、外側を向く面２５６の傾斜方向とが平行になる。「平行の関係」は、谷線２５１を投影した線像と、外側を向く面２５６の傾斜方向とが平行である関係を含む。 The direction in which the surface 256 facing outward with respect to the virtual plane (xy plane) perpendicular to the optical axis is the positive or negative direction of the x axis. Here, the “inclination direction” means the downward direction of the straight line having the maximum inclination angle with respect to the xy plane among the straight lines included in the surface 256 facing outward. In other words, the inclination direction of the surface 256 of the front mirror 25F facing the outside and the valley line 251 of the rear mirror 25R are in a parallel relationship. As the optical resonator 25, a folded optical resonator including a folding mirror or the like may be adopted. In this case, a line image obtained by projecting the valley line 251 through an optical component such as a folding mirror that constitutes the optical resonator 25 on a virtual plane perpendicular to the optical axis at the position where the front mirror 25F is arranged, and the outside The inclined direction of the facing surface 256 becomes parallel. The “parallel relationship” includes a relationship in which the line image obtained by projecting the valley line 251 is parallel to the inclination direction of the surface 256 facing outward.

次に、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、本実施例の優れた効果について説明する。
図４Ａは、本実施例による光共振器２５のフロントミラー２５Ｆの外側の面２５６で垂直反射した光の、ｘｚ断面における伝搬の様子を示す図である。リアミラー２５Ｒの２枚の反射面とｘｚ面に平行な平面との交線は、ｘ軸に平行な直線になる。このため、ｘｚ断面においては、リアミラー２５Ｒは光軸（ｚ軸）に垂直な平面ミラーと考えることができる。図４Ａでは、リアミラー２５Ｒを平面ミラーとして表している。フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６が傾斜する方向はｘ軸の負の方向とする。 Next, the excellent effect of this embodiment will be described with reference to FIGS. 4A and 4B.
FIG. 4A is a diagram showing how the light vertically reflected by the outer surface 256 of the front mirror 25F of the optical resonator 25 according to the present embodiment propagates in the xz section. The line of intersection between the two reflecting surfaces of the rear mirror 25R and the plane parallel to the xz plane is a straight line parallel to the x axis. Therefore, in the xz cross section, the rear mirror 25R can be considered as a plane mirror perpendicular to the optical axis (z axis). In FIG. 4A, the rear mirror 25R is shown as a plane mirror. The direction in which the surface 256 of the front mirror 25F that faces the outside is inclined is the negative direction of the x axis.

発振すべきレーザビームは、フロントミラー２５Ｆの内側を向く面２５５とリアミラー２５Ｒとの間に閉じ込められる。このレーザビームの伝搬方向は光共振器２５の光軸（ｚ軸）に対して平行である。フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６には無反射コーティングが施されているが、反射率が完全にゼロであるわけではなく、フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６は１％以下の反射率を持つ。放電領域２４内で自然発光した光が外側を向く面２５６で垂直反射されることにより、光共振器２５の光軸に対してｘｚ面内で斜め方向に伝搬する光４０が発生する。光４０の伝搬方向のｘ成分は正である。 The laser beam to be oscillated is trapped between the surface 255 facing the inside of the front mirror 25F and the rear mirror 25R. The propagation direction of this laser beam is parallel to the optical axis (z axis) of the optical resonator 25. The surface 256 facing the outside of the front mirror 25F is coated with a non-reflective coating, but the reflectance is not completely zero, and the surface 256 facing the outside of the front mirror 25F has a reflectance of 1% or less. To have. Light spontaneously emitted in the discharge region 24 is vertically reflected by the surface 256 facing outward, so that light 40 propagating in an oblique direction in the xz plane with respect to the optical axis of the optical resonator 25 is generated. The x component of the propagation direction of the light 40 is positive.

斜め方向に伝搬する光４０がリアミラー２５Ｒで斜め方向に反射し、フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６に再入射する。リアミラー２５Ｒで斜め方向に反射された光４１の伝搬方向のｘ成分は、入射する光４０の伝搬方向のｘ成分と同様に正である。このため、反射された光４１が再入射する位置は、光４０の起点よりもｘ軸の正の側にずれている。再入射した光４１は、光共振器２５の光軸に対する傾斜角がより大きな斜めの方向に反射する。このように、フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６で垂直反射した光は、光共振器２５内を伝搬するに従って、光共振器２５の光軸から遠ざかる。このため、フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６で反射した光は、少ない往復回数でフロントアイリス２９Ｆまたはリアアイリス２９Ｒによって遮光される。従って、フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６で垂直反射した光は、レーザ光まで成長しにくい。 The light 40 propagating in an oblique direction is reflected by the rear mirror 25R in an oblique direction and is re-incident on the surface 256 of the front mirror 25F facing the outside. The x component in the propagation direction of the light 41 reflected obliquely by the rear mirror 25R is positive, like the x component in the propagation direction of the incident light 40. For this reason, the position where the reflected light 41 re-enters is displaced from the starting point of the light 40 to the positive side of the x axis. The re-incident light 41 is reflected in an oblique direction having a larger inclination angle with respect to the optical axis of the optical resonator 25. As described above, the light vertically reflected by the surface 256 facing the outside of the front mirror 25F moves away from the optical axis of the optical resonator 25 as it propagates inside the optical resonator 25. Therefore, the light reflected by the surface 256 facing the outside of the front mirror 25F is shielded by the front iris 29F or the rear iris 29R with a small number of round trips. Therefore, the light vertically reflected by the surface 256 facing the outside of the front mirror 25F does not easily grow to laser light.

図４Ｂは、比較例による光共振器２５のフロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６で反射した光の、ｘｚ断面における伝搬の様子を示す図である。比較例においては、リアミラー２５Ｒの２枚の反射面の谷線２５１がｙ軸に平行に配置されている。すなわち、リアミラー２５Ｒの谷線２５１と、フロントミラー２５Ｆの外側を向く面の傾斜方向とが、直交の関係にある。ここで、「直交の関係」は、２本の直線が三次元空間において直角に交わっている場合のみならず、一方の直線を光共振器２５の光軸に沿って平行移動すると他方の直線と直角に交わるような関係を含んでいる。光共振器２５の光軸が折り返されている場合には、折り返し前の光軸に沿って移動する直線と折り返し後の光軸に沿って移動する直線とが物体と像の関係になるように直線を光軸に沿って平行移動させる。フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６で垂直反射して光共振器２５の光軸に対して斜め方向に伝搬する光４３は、リアミラー２５Ｒの２枚の反射面で２回反射した後、フロントミラー２５Ｆに向かって伝搬する。 FIG. 4B is a diagram showing how the light reflected by the surface 256 of the optical resonator 25 according to the comparative example, which surface faces the outside of the front mirror 25F, propagates in the xz section. In the comparative example, the valley lines 251 of the two reflecting surfaces of the rear mirror 25R are arranged parallel to the y axis. That is, the valley line 251 of the rear mirror 25R and the inclination direction of the surface of the front mirror 25F that faces the outside are orthogonal to each other. Here, the "orthogonal relationship" is not limited to the case where two straight lines intersect at a right angle in the three-dimensional space, but when one straight line is translated along the optical axis of the optical resonator 25, the other straight line is obtained. It includes relationships that intersect at right angles. When the optical axis of the optical resonator 25 is folded back, the straight line moving along the optical axis before folding and the straight line moving along the optical axis after folding should have an object-image relationship. The straight line is translated along the optical axis. The light 43 that is vertically reflected by the surface 256 facing the outside of the front mirror 25F and propagates in an oblique direction with respect to the optical axis of the optical resonator 25 is reflected twice by the two reflection surfaces of the rear mirror 25R, and then the front mirror. Propagate toward 25F.

リアミラー２５Ｒに入射する光４３の伝搬方向と、反射した光４４の伝搬方向とは、反平行の関係を持つ。光４３の伝搬方向が、外側を向く面２５６に対して垂直であるため、リアミラー２５Ｒからフロントミラー２５Ｆに向かう光４４は、外側を向く面２５６に垂直入射する。外側を向く面２５６に垂直入射した光４４の一部の成分は、外側を向く面２５６で反射され、反射光は、光４３、４４の経路を逆方向に伝搬して、外側を向く面２５６に再入射する。その結果、光共振器２５内に、光軸に対して斜め方向に向かう光が閉じ込められ、レーザ光まで成長する場合がある。光共振器２５の光軸に対して斜めに伝搬するレーザビームは、本来発振すべきレーザビームの横方向の強度分布に影響を与えるため、ビームの横断面における強度分布の安定性が低下する。 The propagation direction of the light 43 incident on the rear mirror 25R and the propagation direction of the reflected light 44 have an antiparallel relationship. Since the propagation direction of the light 43 is perpendicular to the outward facing surface 256, the light 44 traveling from the rear mirror 25R to the front mirror 25F is vertically incident on the outward facing surface 256. A part of the light 44 that is vertically incident on the outward-facing surface 256 is reflected by the outward-facing surface 256, and the reflected light propagates in the opposite direction through the paths of the lights 43 and 44 to form the outward-facing surface 256. Re-enter. As a result, light traveling obliquely with respect to the optical axis may be confined in the optical resonator 25, and laser light may grow. The laser beam propagating obliquely with respect to the optical axis of the optical resonator 25 affects the lateral intensity distribution of the laser beam to be originally oscillated, so that the stability of the intensity distribution in the cross section of the beam is reduced.

本実施例では、フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６での反射に起因するレーザ発振が抑制されるため、発振すべきレーザビームの横断面における強度分布の安定性の低下を抑制することができる。 In the present embodiment, laser oscillation caused by reflection on the surface 256 facing the outside of the front mirror 25F is suppressed, so that it is possible to suppress deterioration in stability of the intensity distribution in the cross section of the laser beam to be oscillated. ..

次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、図３Ａ〜図３Ｃに示したように、フロントミラー２５Ｆとリアミラー２５Ｒとの２組のミラーを用いているが、両者の間に折返しミラー等を配置して折返し光共振器を構成してもよい。 Next, a modified example of the above embodiment will be described.
In the above-described embodiment, as shown in FIGS. 3A to 3C, two sets of mirrors, that is, the front mirror 25F and the rear mirror 25R, are used. However, a folding mirror or the like is arranged between them to form a folding optical resonator. You may comprise.

また、上記実施例では、リアミラー２５Ｒの谷線２５１と、フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６の傾斜方向とを平行の関係にしているが、必ずしも両者を平行の関係にしなくてもよい。両者が直交の関係からずれていれば、直交の関係を有する場合と比べて、フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６で反射した光が光共振器２５を往復できる回数が少なくなる。その結果、図４Ｂに示した比較例と比べて、レーザビームの強度分布の安定性の低下を抑制することができる。 Further, in the above-described embodiment, the valley line 251 of the rear mirror 25R and the inclination direction of the surface 256 of the front mirror 25F facing the outside are in a parallel relationship, but the two need not necessarily be in a parallel relationship. If the two are deviated from the orthogonal relationship, the number of times the light reflected by the surface 256 facing the outside of the front mirror 25F can reciprocate through the optical resonator 25 as compared with the case where the two have the orthogonal relationship. As a result, compared to the comparative example shown in FIG. 4B, it is possible to suppress deterioration in stability of the intensity distribution of the laser beam.

また、上記実施例では、リアミラー２５Ｒとしてルーフミラーを用いたが、その他に、相互に交差する位置関係にある平面状の２つの反射領域を持つミラーを用いてもよい。この場合、２つの反射領域をそれぞれ含む２つの仮想平面の交線方向が、ルーフミラーの谷線２５１の方向に相当する。 Further, in the above-described embodiment, the roof mirror is used as the rear mirror 25R, but in addition to this, a mirror having two planar reflecting regions having a positional relationship intersecting with each other may be used. In this case, the direction of intersection of the two virtual planes including the two reflection areas corresponds to the direction of the valley line 251 of the roof mirror.

次に、図５を参照して、フロントアイリス２９Ｆとリアアイリス２９Ｒとの間隔Ｌ、フロントアイリス２９Ｆとリアアイリス２９Ｒとの開口の直径Ｄ、及びフロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６の傾斜角θとの好ましい関係について説明する。 Next, referring to FIG. 5, the distance L between the front iris 29F and the rear iris 29R, the diameter D of the opening between the front iris 29F and the rear iris 29R, and the inclination angle θ of the surface 256 of the front mirror 25F facing outward. The preferred relationship with

図５は、フロントアイリス２９Ｆ、リアアイリス２９Ｒ、及び両者の間を光共振器２５の光軸に対して斜め方向に伝搬する光の模式図である。フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６が、ｚ軸に垂直な仮想平面に対してｘ軸方向に傾斜角θだけ傾いている。フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６に対して垂直方向に反射した光４６は、ｚ軸に対して傾斜角θだけ傾いた方向に伝搬する。リアアイリス２９Ｒの位置に平面のリアミラーが配置されていると仮定する。このリアミラーで反射した光４７は、フロントアイリス２９Ｆの位置において、当初の光４６の通過位置からｘ軸方向にずれた位置を通過する。このずれ量Δｄは以下の式で表される。
Δｄ＝２Ｌ×ｔａｎθ・・・（１） FIG. 5 is a schematic diagram of the front iris 29F, the rear iris 29R, and light propagating between them in an oblique direction with respect to the optical axis of the optical resonator 25. A front surface 256 of the front mirror 25F is inclined in the x-axis direction by an inclination angle θ with respect to an imaginary plane perpendicular to the z-axis. The light 46 reflected in a direction perpendicular to the surface 256 facing the outside of the front mirror 25F propagates in a direction inclined by an inclination angle θ with respect to the z axis. It is assumed that a flat rear mirror is arranged at the position of the rear iris 29R. The light 47 reflected by the rear mirror passes through a position deviated in the x-axis direction from the original passing position of the light 46 at the position of the front iris 29F. This shift amount Δd is expressed by the following equation.
Δd=2L×tan θ (1)

フロントアイリス２９Ｆの開口の直径Ｄがずれ量Δｄ以下であれば、フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６で垂直反射した光は、光共振器２５内を１往復する間に、フロントアイリス２９Ｆで遮光される。光共振器２５内を往復する光が２往復するまでに遮光されれば、その光はレーザ光まで成長することはないと考えられる。光共振器２５内を往復する光が２往復するまでに遮光されるようにするために、傾斜角θ、アイリスの間隔Ｌ、アイリスの開口の直径Ｄが以下の関係を満たすようにするとよい。
θ≧ｔａｎ−１（Ｄ／４Ｌ）・・・（２） If the diameter D of the opening of the front iris 29F is equal to or less than the deviation amount Δd, the light vertically reflected by the surface 256 facing the outside of the front mirror 25F is shielded by the front iris 29F during one round trip in the optical resonator 25. To be done. If the light that reciprocates in the optical resonator 25 is shielded by two reciprocations, it is considered that the light does not grow to laser light. In order to shield the light that reciprocates in the optical resonator 25 before and after two reciprocations, it is preferable that the inclination angle θ, the iris interval L, and the iris opening diameter D satisfy the following relationships.
θ≧tan −1 (D/4L) (2)

実際には、リアミラー２５Ｒはリアアイリス２９Ｒよりも外側に配置されている。従って、ずれ量Δｄは、式（１）で示された値より大きくなる。さらに、図４Ａを参照して説明したように、光４７がフロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６で反射した光の伝搬方向の光軸（ｚ軸）に対する傾斜角は、傾斜角θより大きくなる。このため、光共振器２５内を往復する光が２往復するまでに遮光される条件は、上述の条件式（２）よりも緩くなる。上述の条件式（２）が満足されれば、実際のガスレーザ装置において、フロントミラー２５Ｆの外側を向く面２５６に起因して不要なレーザ発振が生じることを抑制する効果が得られる。 In reality, the rear mirror 25R is arranged outside the rear iris 29R. Therefore, the shift amount Δd becomes larger than the value shown in the equation (1). Further, as described with reference to FIG. 4A, the inclination angle with respect to the optical axis (z-axis) of the light 47 reflected by the surface 256 of the front mirror 25F facing the outside is larger than the inclination angle θ. .. Therefore, the condition that the light that reciprocates in the optical resonator 25 is shielded by two reciprocations is looser than the conditional expression (2). If the above conditional expression (2) is satisfied, an effect of suppressing unnecessary laser oscillation due to the surface 256 facing the outside of the front mirror 25F in the actual gas laser device can be obtained.

次に、図６を参照して、上記実施例による光共振器２５を搭載したレーザ加工装置について説明する。 Next, with reference to FIG. 6, a laser processing apparatus equipped with the optical resonator 25 according to the above embodiment will be described.

図６は、レーザ加工装置の概略図である。レーザ発振器７０が制御装置７３からの指令に基づいてパルスレーザビームを出力する。レーザ発振器７０から出力されたパルスレーザビームは、ビーム整形走査光学系７１を通って加工対象物７５に入射する。ビーム整形走査光学系７１は、レーザビームのビーム断面形状を整形するとともに、レーザビームを二次元方向に走査する。 FIG. 6 is a schematic diagram of a laser processing apparatus. The laser oscillator 70 outputs a pulsed laser beam based on a command from the control device 73. The pulsed laser beam output from the laser oscillator 70 passes through the beam shaping/scanning optical system 71 and enters the processing target 75. The beam shaping/scanning optical system 71 shapes the beam cross-sectional shape of the laser beam and scans the laser beam in a two-dimensional direction.

加工対象物７５は、例えばプリント基板であり、ステージ７２に保持されている。ステージ７２は、制御装置７３からの指令により、加工対象物７５をその被加工面に平行な二方向に移動させることができる。このレーザ加工装置は、パルスレーザビームによって加工対象物７５の穴明け加工に用いられる。 The processing object 75 is, for example, a printed circuit board and is held on the stage 72. The stage 72 can move the workpiece 75 in two directions parallel to the surface to be processed according to a command from the control device 73. This laser processing apparatus is used for drilling the object 75 to be processed by a pulse laser beam.

レーザ発振器７０には、上記実施例による光共振器２５が用いられている。このため、レーザ発振器７０から出力されるパルスレーザビームの強度分布の安定性を高めることができる。その結果、パルスレーザビームのビーム断面の真円度が向上し、穴明け加工の加工品質を高めることが可能になる。 The optical resonator 25 according to the above embodiment is used for the laser oscillator 70. Therefore, the stability of the intensity distribution of the pulse laser beam output from the laser oscillator 70 can be improved. As a result, the roundness of the beam cross section of the pulsed laser beam is improved, and it becomes possible to improve the processing quality of drilling.

上述の各実施例は例示であり、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 The above-described embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

１０ チェンバ
１１ 光学室
１２ ブロワ室
１３ 上下仕切り板
１３Ａ、１３Ｂ 開口
１４ 底板
１５ 仕切り板
１６ チェンバ支持部材
２１ 放電電極
２２、２３ 放電電極支持部材
２４ 放電領域
２５ 折返し光共振器
２５Ｆ フロントミラー
２５Ｒ リアミラー
２６ 共通支持部材
２７ 共振器支持部材
２８ 光透過窓
２９Ｆ フロントアイリス
２９Ｒ リアアイリス
４０、４１、４３、４４、４６、４７ 光共振器内を伝搬する光
５０ ブロワ
５１ 第１ガス流路
５２ 第２ガス流路
５６ 熱交換器
５８ 流出穴
５９ フィルタ
７０ レーザ発振器
７１ ビーム整形走査光学系
７２ ステージ
７３ 制御装置
７５ 加工対象物
２５１ リアミラーの谷線
２５５ フロントミラーの内側を向く面
２５６ フロントミラーの外側を向く面
10 Chamber 11 Optical Chamber 12 Blower Chamber 13 Upper and Lower Partition Plates 13A, 13B Opening 14 Bottom Plate 15 Partition Plate 16 Chamber Support Member 21 Discharge Electrodes 22, 23 Discharge Electrode Support Member 24 Discharge Area 25 Folded Optical Resonator 25F Front Mirror 25R Rear Mirror 26 Common Support member 27 Resonator support member 28 Light transmission window 29F Front iris 29R Rear iris 40, 41, 43, 44, 46, 47 Light propagating in the optical resonator 50 Blower 51 First gas flow path 52 Second gas flow path 56 Heat Exchanger 58 Outflow Hole 59 Filter 70 Laser Oscillator 71 Beam Shaping Scanning Optical System 72 Stage 73 Controller 75 Workpiece 251 Rear Mirror Valley Line 255 Front Mirror Inner Surface 256 Front Mirror Outer Surface

Claims (3)

フロントミラーとリアミラーとを有し、レーザガスを励起させる放電領域を通って光を往復させる光共振器であって、
前記フロントミラーの外側を向く面が、前記光共振器の光軸に垂直な仮想平面に対して傾斜しており、
前記リアミラーは、相互に交差する位置関係にある平面状の２つの反射領域を持ち、
前記リアミラーの前記２つの反射領域をそれぞれ含む２つの仮想平面の交線と、前記フロントミラーの外側を向く面の傾斜方向とが、直交の関係からずれている光共振器。 An optical resonator having a front mirror and a rear mirror, which reciprocates light through a discharge region for exciting a laser gas,
The surface of the front mirror that faces the outside is inclined with respect to a virtual plane perpendicular to the optical axis of the optical resonator,
The rear mirror has two plane-shaped reflective regions that are in a positional relationship intersecting with each other,
An optical resonator in which a line of intersection of two virtual planes each including the two reflection regions of the rear mirror and an inclination direction of a surface of the front mirror facing outward are deviated from an orthogonal relationship. 前記リアミラーの前記２つの反射領域をそれぞれ含む２つの仮想平面の交線と、前記フロントミラーの外側を向く面の傾斜方向とが、平行の関係を持つ請求項１に記載の光共振器。 The optical resonator according to claim 1, wherein a line of intersection of two virtual planes each including the two reflection regions of the rear mirror and a tilt direction of a surface of the front mirror facing outward are parallel to each other. さらに、前記光共振器の光軸方向に関して前記放電領域の両側にそれぞれ、開口を持つアイリスが配置されており、
一対の前記アイリスの間隔をＬで表し、前記アイリスの開口の直径をＤで表したとき、前記光共振器の光軸に対して直交する仮想平面に対して前記フロントミラーの外側を向く面が傾斜している角度がｔａｎ−１（Ｄ／４Ｌ）以上である請求項１または２に記載の光共振器。
Furthermore, an iris having an opening is arranged on each side of the discharge region with respect to the optical axis direction of the optical resonator,
When the distance between the pair of iris is represented by L and the diameter of the aperture of the iris is represented by D, a surface facing the outside of the front mirror with respect to a virtual plane orthogonal to the optical axis of the optical resonator is The optical resonator according to claim 1 or 2, wherein the angle of inclination is tan -1 (D/4L) or more.
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