CN110137787B - 激光振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种不易受腔室的热变形的影响的激光振荡器。激光介质气体容纳于腔室。一对放电电极在腔室内部的放电空间产生放电。配置于腔室的内部空间的一对谐振腔反射镜支承于腔室，并且构成具有通过放电空间的光轴的光学谐振腔。

Description

激光振荡器

本申请主张基于2018年2月2日申请的日本专利申请第2018-016925号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种激光振荡器。

背景技术

在腔室内容纳有激光介质气体的气体激光振荡器的、构成光学谐振腔的一对反射镜通常安装于腔室的壁面(专利文献1等)。反射镜还作为隔开容纳有激光介质气体的空间与外部空间的腔室的壁面的一部分而发挥作用。

专利文献1：日本特开2003-298154号公报

在激光振荡器的工作期间，腔室有时会因放电引起的发热而变形。若腔室发生变形，则安装于腔室壁面的一对反射镜的相对位置关系会发生变化。其结果，激光束的中心位置、射出方向、品质等会发生变动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不易受腔室的热变形的影响的激光振荡器。

根据本发明的一种观点，提供一种激光振荡器，其具有：

腔室，其容纳激光介质气体；

一对放电电极，其在所述腔室内部的放电空间产生放电；及

一对谐振腔反射镜，其配置于所述腔室的内部空间且支承于所述腔室，并且构成具有通过所述放电空间的光轴的光学谐振腔。

根据本发明，容易采用由谐振腔反射镜构成的光学谐振腔的光轴的位置不易受腔室的热变形的影响的结构。

附图说明

图1是基于实施例的激光振荡器的沿光轴的剖视图。

图2是基于图1所示的实施例的激光振荡器的与光轴垂直的剖视图。

图3是图1所示的激光振荡器的去除了腔室的比突出部分的底板更靠上侧的侧面及顶板的状态的概略立体图。

图4是基于比较例的激光振荡器的沿光轴的剖视图。

图5是基于图4所示的比较例的激光振荡器的与光轴垂直的剖视图。

图6是基于另一实施例的激光振荡器的沿光轴的剖视图。

图7是基于又一实施例的激光加工装置的概略图。

图中：10-腔室，11-放电电极，12-谐振腔反射镜，13-放电空间，14-支承部件，15-鼓风机，16-鼓风机室，17-突出部分，17A-突出部分的底板，18-透光窗，20-隔板，20A-隔板的第1部分，20B-隔板的第2部分，20C-隔板的第3部分，20D-隔板的第4部分，21、22-开口，23-门型支承部件，24-第1气体流路，25-第2气体流路，27-反射镜容纳空间，28-流出孔，29-过滤器，30-腔室支承点，31-电极支承点，32-反射镜支承点，50-腔室，51-放电电极，52-谐振腔反射镜，53-放电空间，54-支承部件，55-谐振腔反射镜部，56-开口，57-波纹管，59-腔室支承点，61-鼓风机，62-通道，70-激光振荡器，72-光学系统，74-工作台，75-加工对象物，80-基座。

具体实施方式

下面，参考图1～图3对基于实施例的激光振荡器进行说明。

图1是基于实施例的激光振荡器的包括光轴的剖视图。腔室10中容纳有激光介质气体。在腔室10的内部空间，配置有一对放电电极11及一对谐振腔反射镜12。一对放电电极11在上下方向上隔着间隔配置，从而在一对放电电极11之间划定有放电空间13。放电电极11在腔室10内部的放电空间13产生放电，从而激励激光介质气体。

一对谐振腔反射镜12经由配置于腔室10的内部空间的支承部件14而支承于腔室10。谐振腔反射镜12构成具有通过放电空间13的光轴的光学谐振腔。支承部件14由热膨胀系数低于构成腔室10的材料的热膨胀系数的低热膨胀材料形成。例如，腔室10由不锈钢或铝等形成，支承部件14由殷钢(Invar)(注册商标)等形成。在一个低热膨胀材料上固定有一对谐振腔反射镜12。

而且，在腔室10的内部空间，配置有使腔室10内部的激光介质气体循环的鼓风机15。激光介质气体的循环路径中包括放电空间13。

腔室10至少在两处腔室支承点30上支承于外部的基座。在该基座上支承有各种光学装置，从激光振荡器输出的激光束通过该各种光学装置。

谐振腔反射镜12及放电电极11配置于比腔室支承点30更靠上方的空间，鼓风机15配置于比腔室支承点30更靠下方的鼓风机室16。一对谐振腔反射镜12分别容纳于从放电空间13朝向与光学谐振腔的光轴平行的两个方向延伸的突出部分17。突出部分17从鼓风机室16的壁面沿光轴方向突出。腔室支承点30位于突出部分17的底板17A。鼓风机室16被保持成悬挂在腔室支承点30的下方的状态。谐振腔反射镜12及放电电极11支承于突出部分17的底板17A的内表面。

在使光学谐振腔的光轴沿一个方向(图1中的左方向)延伸的延长线与腔室10的壁面的交叉部位，安装有使激光束透过的透光窗18。在光学谐振腔内被激励的激光束透过透光窗18而朝向外部放射。

在腔室10内配置有隔板20。隔板20隔开包括鼓风机室16及放电空间13在内的激光介质气体的循环路径和配置有谐振腔反射镜12的空间(反射镜容纳空间)27。在隔板20的与光学谐振腔的光轴交叉的部位设置有开口21。通过该开口21的激光被光学谐振腔封闭。

图2是基于本实施例的激光振荡器的与光轴垂直的剖视图。在腔室10的比突出部分17(图1)的底板17A更靠上方的空间配置有支承部件14及放电电极11。放电电极11及支承部件14支承于突出部分17的底板17A的内表面。例如，放电电极11经由门型支承部件23而支承于底板17A，该门型支承部件23以跨过支承谐振腔反射镜12(图1)的支承部件14的方式配置。

在腔室10内配置有隔板20。隔板20划定由鼓风机室16、从鼓风机室16至放电空间13为止的第1气体流路24、放电空间13及从放电空间13至鼓风机室16为止的第2气体流路25构成的激光介质气体的循环路径。鼓风机15以使激光介质气体在该循环路径中循环的方式产生激光介质气体流。隔板20隔开该循环路径和配置有谐振腔反射镜12(图1)的反射镜容纳空间27。在隔板20设置有用于使激光透过的开口21。

在激光介质气体的循环路径中的从鼓风机15朝向放电空间13的部分的隔板20上设置有使激光介质气体从循环路径向反射镜容纳空间27流出的流出孔28。通过鼓风机15流向第1气体流路24的激光介质气体流中所包含的一部分激光介质气体经过流出孔28向反射镜容纳空间27流出。在流出孔28设置有用于去除微粒的过滤器29。例如，过滤器29堵住流出孔28，从鼓风机室16流入反射镜容纳空间27的激光介质气体被过滤器29过滤。

图3是激光振荡器的去除了腔室10的比突出部分17的底板17A更靠上侧的侧面及顶板的状态的概略立体图。隔板20由沿着将突出部分17的底板17A朝向腔室10的内侧延长的假想平面形成的第1部分20A、与上侧的放电电极11连接的第2部分20B、与下侧的放电电极11(图3中未示出)连接的第3部分20C及一对第4部分20D构成。在图3中，在第1部分20A标注有阴影线。

由此，形成将第2部分20B及上侧的放电电极11作为外周侧的壁面并将第3部分20C及下侧的放电电极11(图2)作为内周侧的壁面且与光轴垂直的剖面呈U字状的空间。U字状空间的光轴方向上的两端分别被第4部分20D堵住。在一对第4部分20D分别设置有开口21。

在第1部分20A，设置有沿光轴方向长的长方形的一对开口22。U字状空间的周向上的两端分别经由一对开口22而与鼓风机室16连通。激光介质气体从鼓风机室16经过其中一个开口22而流入U字状空间，并且激光介质气体从U字状空间经过另一个开口22而返回至鼓风机室16。在图3中，用箭头表示激光介质气体通过开口22的方向。在激光介质气体从鼓风机室16流入U字状空间的一侧的开口22的外侧，设置有贯穿第1部分20A的流出孔28。循环的激光介质气体的一部分经过流出孔28流入第1部分20A上侧的反射镜容纳空间27(图1、图2)。在图3中，用箭头表示激光介质气体通过流出孔28的方向。

接着，对采用本实施例的激光振荡器的结构能够获得的优异效果进行说明。

在采用了将谐振腔反射镜安装于腔室10的壁面的结构的情况下，若腔室10产生热变形，则谐振腔反射镜的位置及姿势也会发生变化。在本实施例中，谐振腔反射镜12并未直接安装于腔室10的壁面，而是配置于腔室10的内部空间。因此，与谐振腔反射镜安装于腔室10的壁面的结构相比，即使腔室10产生热变形，谐振腔反射镜12的位置及姿势也不会直接受到腔室10的热变形的影响。因此，不易产生谐振腔反射镜12的相对位置偏离。而且，由于一对谐振腔反射镜12固定于一个由低热膨胀材料构成的支承部件14上，因此更不易产生谐振腔反射镜12的相对位置偏离。

接着，通过与图4及图5所示的基于比较例的激光振荡器进行比较，对采用本实施例的激光振荡器的结构能够获得的优异效果进行说明。

图4是基于比较例的激光振荡器的包括光轴的剖视图。腔室50在其底面的腔室支承点59上支承于外部的基座。在腔室50的内部，配置有放电电极51。放电电极51的两端支承于腔室50的侧壁。在放电电极51与腔室50的底面之间配置有鼓风机61。

在腔室50的上表面的上侧，支承部件54支承于腔室50。支承部件54在光轴方向上较长，在其两端分别安装有谐振腔反射镜部55。在谐振腔反射镜部55安装有谐振腔反射镜52。在从放电空间53沿光轴方向延伸的延伸区域与腔室50的壁面的交叉位置设置有开口56。在从放电空间53进一步向腔室50的外侧延伸的位置配置有谐振腔反射镜52。开口56的周缘与谐振腔反射镜52通过波纹管57连接在一起。通过波纹管57与谐振腔反射镜52，开口56被堵住。

图5是基于比较例的激光振荡器的与光轴垂直的剖视图。在腔室50内配置有放电电极51及鼓风机61。并且还配置有将激光介质气体从放电空间53引导至鼓风机61的吸引部的通道62。

在比较例(图4及图5)中，谐振腔反射镜52并未直接安装于腔室50的壁面，因此，不易直接受到腔室50的热变形的影响。但是，配置于腔室50的上表面的上侧的支承部件54的支承点距腔室50的底面的腔室支承点59分开与腔室50的高度方向上的尺寸相应的量。若腔室50发生热变形，则支承部件54的支承点的位置相对于腔室支承点59发生变动。基于支承部件54的支承点的位置变动，谐振腔反射镜52的位置也会相对于腔室支承点59发生变动。

在本实施例中，腔室10在位于突出部分17的底板的腔室支承点30上被支承，放电电极11及谐振腔反射镜12支承于突出部分17的底板。如此，支承放电电极11的部位及支承谐振腔反射镜12的部位靠近支承腔室10的腔室支承点30。因此，即使腔室10发生热变形，也不易产生放电电极11及谐振腔反射镜12相对于腔室支承点30的位置偏离。激光束的光束位置相对于腔室支承点30的变化量也会减小。

并且，在本实施例中采用了鼓风机室16从腔室支承点30向下方悬挂的结构，鼓风机室16的下端并未被机械固定，而是处于自由状态。因此，鼓风机室16的热变形不会对谐振腔反射镜12及放电电极11的位置带来影响。

为了使放电电极11及谐振腔反射镜12的位置偏离不易产生，优选采用在与腔室支承点30所在平板共同的平板上支承放电电极11及谐振腔反射镜12的结构。若采用这种结构，则，即使平板向面内方向伸缩，放电电极11及谐振腔反射镜12在高度方向上的位置也几乎不会发生变化。

在沿光学谐振腔的光轴方向彼此分开的两个点支承支承部件14(图1)的情况下，优选在其中一个支承点上将支承部件14固定于腔室10，而在另一支承点上将支承部件14支承为能够沿光轴方向移动。若采用这种结构，则腔室10相对于支承部件14能够沿光轴方向伸缩，因此，支承部件14不易受到腔室10的热变形的影响。同样地，优选在一个支承点上将放电电极11固定于腔室10，而在另一支承点上将放电电极11支承为相对于腔室10能够沿光轴方向移动。

为了使放电电极11及谐振腔反射镜12不易受到腔室10的热变形的影响，优选使支承放电电极11的腔室10的壁面上的电极支承点31及支承谐振腔反射镜12的腔室10的壁面上的反射镜支承点32靠近腔室支承点30。例如，优选将放电电极11的电极支承点31、谐振腔反射镜12的反射镜支承点32及腔室支承点30在高度方向上的彼此之间的最大间隔设为腔室10在高度方向上的尺寸的20％以下。

并且，在本实施例中，谐振腔反射镜12的反射镜支承点32与放电电极11的电极支承点31彼此靠近，因此，不易产生光学谐振腔的光轴与放电电极11的中心轴出现偏心。

在图4及图5所示的比较例中，激光介质气体的循环空间与谐振腔反射镜52所面对的空间并未被隔开。因此，激光介质气体中的微粒容易附着于谐振腔反射镜52。

在图1及图2所示的实施例中，通过隔板20隔开了激光介质气体的循环路径与反射镜容纳空间27。因此，能够获得激光介质气体中的微粒不易附着于谐振腔反射镜12的效果。

并且，在激光介质气体的循环路径的相对于反射镜容纳空间27成为正压的部位的隔板20上设置有流出孔28。因此，激光介质气体从循环路径经过流出孔28流入反射镜容纳空间27。其结果，反射镜容纳空间27的压力会上升。若反射镜容纳空间27的压力上升，则从放电空间13经过开口21朝向谐振腔反射镜12的激光介质气体的流动会被抑制。由此，能够获得放电空间13内的微粒不易经过开口21而附着于谐振腔反射镜12的效果。

由于从循环路径流入反射镜容纳空间27的激光介质气体被过滤器29过滤，因此，能够抑制微粒从循环路径流入反射镜容纳空间27。

而且，在图1及图2所示的实施例中，由低热膨胀材料形成的支承部件14配置于腔室10的内部空间，并且谐振腔反射镜12也配置于内部空间。因此，与将支承部件54(图4)配置于腔室50的外侧的比较例相比，能够简化结构。

接着，参考图6对基于另一实施例的激光振荡器进行说明。以下，省略对与图1及图2所示的实施例的激光振荡器的结构相同的结构进行说明。

图6是基于本实施例的激光振荡器的包括光轴的剖视图。在基于图1及图2所示的实施例的激光振荡器中，谐振腔反射镜12经由支承部件14支承于突出部分17的底板17A，放电电极11通过门型支承部件23支承于突出部分17的底板17A。而在图6所示的实施例中，放电电极11也经由支承部件14支承于突出部分17的底板17A。即，谐振腔反射镜12及放电电极11均被支承部件14支承。

接着，对采用图6所示的激光振荡器的结构能够获得的优异效果进行说明。在本实施例中，由于谐振腔反射镜12及放电电极11被共同的支承部件14支承，因此，更加不易产生放电电极11的中心轴与光学谐振腔的光轴的偏心。为了抑制支承部件14与放电电极11的热膨胀系数之差所引起的变形，优选将放电电极11支承为其相对于支承部件14能够沿光轴方向自由热膨胀。

接着，参考图7对基于又一实施例的激光加工装置进行说明。

图7是基于本实施例的激光加工装置的概略图。激光加工装置包括支承于基座80的激光振荡器70、光学系统72及工作台74。作为激光振荡器70，使用基于图1及图2所示的实施例的激光振荡器或基于图6所示的实施例的激光振荡器。激光振荡器70在腔室支承点30支承于基座80。

光学系统72对从激光振荡器70输出的激光束的光束分布进行整形、聚光、扫描等，并使激光束入射于保持在工作台74上的加工对象物75。加工对象物75例如为印刷电路板，通过激光束对其进行钻孔加工。作为工作台74，例如使用XY工作台。

接着，对采用图7所示的激光加工装置的结构能够获得的优异效果进行说明。在本实施例中，作为激光振荡器70，使用基于图1、图2或图6等所示的实施例的激光振荡器。因此，即使激光振荡器70的腔室10(图1、图2、图7)产生热变形，也不易产生相对于基座80的激光束的光束位置的变动。由于光学系统72也固定于基座80，因此，不易产生从激光振荡器70输出的激光束的光束位置与光学系统72之间的相对位置关系的偏离。

由于不易产生激光束的光束位置与光学系统72之间的相对位置关系的偏离，因此，不易产生光束分布的整形不良。因此，能够抑制整形不良引起的加工品质的下降。

上述各个实施例仅是示例，理所当然，在不同的实施例中示出的结构可以进行部分替换或组合使用。关于多个实施例的基于相同结构的相同的作用效果，不在每个实施例中逐一进行说明。而且，本发明并不只限于上述实施例。例如，本发明可以进行各种变更、改良及组合等，这对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (11)

1.一种激光振荡器，其特征在于，具有：

腔室，其容纳激光介质气体；

一对放电电极，其在所述腔室内部的放电空间产生放电；及

一对谐振腔反射镜，其配置于所述腔室的内部空间且支承于所述腔室，并且构成具有通过所述放电空间的光轴的光学谐振腔，

所述谐振腔反射镜固定于低热膨胀材料，

所述放电电极以使其能够沿所述光学谐振腔的光轴方向自由热膨胀的方式支承于所述腔室的内部空间。

2.根据权利要求1所述的激光振荡器，其特征在于，

还具有支承部件，所述支承部件包括所述低热膨胀材料，其配置于所述腔室的内部空间，并且将所述谐振腔反射镜支承于所述腔室。

3.根据权利要求2所述的激光振荡器，其特征在于，

所述低热膨胀材料由热膨胀系数低于构成所述腔室的材料的热膨胀系数的材料形成，

所述谐振腔反射镜固定于所述低热膨胀材料。

4.根据权利要求3所述的激光振荡器，其特征在于，

所述低热膨胀材料以使所述腔室相对于所述低热膨胀材料能够在所述光学谐振腔的光轴方向上伸缩的方式支承于所述腔室。

5.根据权利要求3或4所述的激光振荡器，其特征在于，

所述放电电极支承于所述低热膨胀材料。

6.根据权利要求5所述的激光振荡器，其特征在于，

所述放电电极以使其能够沿所述光学谐振腔的光轴方向自由热膨胀的方式支承于所述低热膨胀材料。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光振荡器，其特征在于，

还具有鼓风机，其容纳于所述腔室的内部空间且其使所述腔室内部的激光介质气体循环，

所述腔室在腔室支承点上被支承，

容纳所述鼓风机的鼓风机室从所述腔室支承点向下方悬挂。

8.根据权利要求7所述的激光振荡器，其特征在于，

所述放电电极在所述腔室的壁面上的电极支承点上被支承，所述谐振腔反射镜在所述腔室的壁面上的反射镜支承点上被支承，所述电极支承点、所述反射镜支承点及所述腔室支承点在所述腔室的高度方向上的彼此之间的最大间隔为所述腔室的高度的20％以下。

9.根据权利要求7或8所述的激光振荡器，其特征在于，

还具有隔板，其配置于所述腔室内且其隔开由所述鼓风机室、从所述鼓风机室至所述放电空间为止的第1气体流路、所述放电空间及从所述放电空间至所述鼓风机室为止的第2气体流路构成的激光介质气体的循环路径和容纳有所述谐振腔反射镜的空间，并且在其与所述光学谐振腔的光轴交叉的部位设置有开口。

10.根据权利要求9所述的激光振荡器，其特征在于，

在所述循环路径的从所述鼓风机至所述放电空间为止的部分的所述隔板上，设置有使激光介质气体从所述循环路径向容纳有所述谐振腔反射镜的空间流出的流出孔。

11.根据权利要求10所述的激光振荡器，其特征在于，

在所述流出孔设置有用于去除微粒的过滤器。

Images