DE4335607B4 - Lasersystem mit stabilem Resonator - Google Patents

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Abstract

Lasersystem mit folgenden Bauteilen, einem Auskoppelungsspiegel (2; 1701) mit einem mittig angeordneten Teilreflexionsteil (11c; 19) und einem um den Teilreflexionsteil herum angeordneten Antireflexionsteil (12a), einem dem Auskoppelungsspiegel gegenübergesetzten Totalreflexionsspiegel (1; 40; 50; 401; 1802; 1904), einem innerhalb eines den Auskoppelungsspiegel und den Totalreflexionsspiegel enthaltenden stabilen Resonators angebrachten Lasermaterial (4), welches einen durch den Auskoppelungsspiegel und den Totalreflexionsspiegel reflektierten Laserstrahl (6) bis zur Abgabe des Strahls aus dem Auskoppelungsspiegel verstärkt, wobei der Totalreflexionsspiegel einen mittig ausgebildeten Totalreflexionsteil (1802) und einen um den Totalreflexionsteil herum ausgebildeten Teilreflexionsteil (1803) aufweist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Lasersystem, bei welchem ein durch ein Lasermaterial erzeugter Laserstrahl aus einem stabilen Resonator abgegeben wird.
  • 2 zeigt die Gestaltung eines herkömmlichen Lasersystems, das beispielsweise in der EP 293907 A1 (JP-1-152777/89 A) offenbart ist. Die Figur zeigt einen konkaven Totalreflektor beispielsweise aus Cu; einen Auskoppelungsspiegel 2, der beispielsweise aus ZnSe gebildet ist und der dem Totalreflektor 1 gegenübergesetzt ist, einen auf der dem Totalreflektor 1 des Auskoppelungsspiegels 2 gegenübergesetzten Fläche ausgebildeten Teilreflexionsfilm 11a, einen um den Teilreflexionsfilm 11a herum angebrachten Teilreflexionsfilm 11b mit einem Reflexionsvermögen, das geringer als dasjenige des Teilreflexionsfilms 11a ist, und einen Antireflexionsfilm 12, der an der den Teilreflexionsfilmen 11a und 11b abgewandten Oberfläche des Auskoppelungsspiegels 2 ausgebildet ist. Vor dem Totalreflektor 1 und auch vor dem Auskoppelungsspiegel 2 in einem stabilen Resonator ist eine Blendenöffnung 3 ausgebildet. Mit 4 ist ein Lasermaterial bezeichnet. Im Falle eines Gaslasers wie eines CO2-Lasers ist das Lasermaterial ein beispielsweise durch elektrische Entladung gepumptes Gas, während im Falle eines Festkörperlasers wie eines YAG-Lasers das Lasermaterial ein beispielsweise mittels einer Blitzlampe gepumptes Festkörpermaterial ist. Die Figur zeigt ferner ein Gehäuse 5, einen innerhalb des aus den Spiegeln 1 und 2 gebildeten Resonators erzeugten Laserstrahl 6 und einen über den Auskoppelungsspiegel 2 aus dem Laseroszillator ausgegebenen Laserstrahl 7.
  • Es wird nun die Funktion dieses herkömmlichen Laserstrahlsystems beschrieben. Die Spiegel 1 und 2 bilden einen stabilen Resonator, in welchem der Laserstrahl 6 durch das Lasermaterial 4 verstärkt wird, während er sich zwischen den Spiegeln 1 und 2 fortpflanzt. Zugleich tritt ein Teil des Laserstrahls 6 durch die Teilreflexionsfilme 11a und 11b und ferner durch den Antireflexionsfilm 12 hindurch, die an dem Auskoppelungsspiegel 2 angebracht sind, und wird als Laserstrahl 7 von dem Laseroszillator nach außen abgegeben. Wenn der auf diese Weise abgegebene Laserstrahl 7 mittels einer Linse oder dergleichen konvergiert wird, ergibt sich ein konvergierter Strahl mit Scheitelform, nämlich ein Laserstrahl, der an dem mittleren Teil eine beträchtlich hohe Intensität hat und der zum Schneiden oder Schweißen von Eisenplatten und dergleichen benutzt werden kann.
  • Ein wichtiger Faktor ist nicht nur die Ausgangsleistung des Laserstrahls, sondern auch dessen Modus. Ein geeigneter Modus wird entsprechend dem Totalreflektor 1 und dem Auskoppelungsspiegel 2, die den Resonator bilden, sowie entsprechend der Länge und sowohl dem Blendendurchmesser im Resonator als auch dessen Länge gewählt. Im Falle eines CO2-Laser-Bearbeitungsgerätes wird für das Schneiden einer Eisenplatte oder dergleichen üblicherweise der transversale elektromagnetische Modus TEM00 oder TEM01* angewandt, wobei TEM eine Lichtwelle aus einem zu der Fortpflanzungsrichtung senkrechten elektromagnetischen Feld darstellt und 00 oder 01 die Nummer des transversalen Modus darstellt.
  • In dem in 2 gezeigten und auf die vorstehend beschriebene Weise gestalteten stabilen Resonator des herkömmlichen Lasersystems dient die Blende lediglich zum Festlegen eines Außendurchmessers des Laserstrahls 6 und nicht zum Bestimmen des Modus. Die Teilreflexionsfilme 11a und 11b bewirken lediglich, dass ein Teil des Laserstrahls 6 hindurchtritt und dass der Laserstrahl einen nach innen eingeengten Zustand annimmt (nämlich ein Laserstrahl wird, der eine gleichförmige Intensitätsverteilung hat). Bei dieser Gestaltung wird daher der Modus nicht genau bestimmt und es wird ein Laserstrahl in einem Mehrfachmodus erzeugt, bei dem die Strahlqualität gering ist.
  • Im Falle des im allgemeinen benutzten Lasersystems gemäß 3 sind in einem stabilen Resonator Blenden 3 vorgesehen, die den Modus bestimmen und die den Modus TEM00 herbeiführen können, bei dem die Strahlqualität gut ist, jedoch ist zugleich der Pumpraum eingeschränkt, so dass ein Problem dahingehend bestand, dass die Laserausgangsleistung eingeschränkt ist.
  • Die Laserausgangsleistung kann durch Erhöhen der aufgebrachten elektrischen Leistung oder der Laserverstärkung erhöht werden. Da jedoch der Durchmesser der Blenden 3 festgelegt ist, führt eine Erhöhung der Laserverstärkung zu einer höheren Intensität des auf einen Teilreflektor 11 eines Auskoppelungsspiegels 2 auftreffenden Laserstrahls. Andererseits ist bei dem Herausführen des Laserstrahls aus dem Auskoppelungsspiegel 2 eine Obergrenze der Ausgangsleistung durch die Lichtwiderstandsfestigkeit des Auskoppelungsspiegels 2 bestimmt. Falls beispielsweise der Laserstrahl in dem Modus TEM00 erzeugt wird, ist die maximale Ausgangsleistung eines auf stabile Weise abgebbaren Laserstrahls 7 2kW. Infolge des Problems bezüglich der Lichtwiderstandsfestigkeit des Auskoppelungsspiegels sind in manchen Fällen das Erzeugen eines Laserstrahls im Modus TEM00 mit mehr als 2kW und das Abgeben desselben auf stabile Weise schwierig. Selbst bei den gegenwärtig erhältlichen Laserbearbeitungsgeräten beträgt die Laserstrahlausgangsleistung maximal 4kW und es werden zum Erreichen dieser maximalen Ausgangsleistung verschiedenerlei Verbesserungen hinsichtlich des Auskoppelungsspiegels angewandt.
  • Die eingangs genannte EP 293 907 A1 zeigt darüber hinaus dass bei dem Lasersystem mit stabilem Resonator bei dem die Randbeschichtung des Auskoppelungsspiegels um den Teilreflexionsteil herum als Antireflexionsbeschichtung ausgeführt ist.
  • Aus der EP 300 465 A2 ist es bekannt, bei Lasersystemen Spiegelwinkeleinstellmechanismen einzusetzen.
  • Das DE-Buch, „Dünnschichttechnologie", H. Frey, G. Kienel (Hrsg.), VDI-Verlag, Düsseldorf, 1987, Seiten 456–461 zeigt, dass dielektrische Doppelschichten zur Realisierung von Antireflexionsschichten eingesetzt werden.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lasersystem zu schaffen, das einen einfacheren Aufbau zur Bestimmung des Modus hat.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Lasersystem mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 oder 26 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
  • Das Lasersystem ermöglicht es, eine erhöhte Laserausgangsleistung durch Vergrößern des Durchmessers des von einem Resonator in dem Lasersystem abgegebenen Laserstrahls zu erzielen.
  • Das Lasersystem kann auf stetige Weise einen Laserstrahl hoher Leistungsfähigkeit mit einigen kW abgeben, ohne die Festigkeit eines Spiegels als Bestandteil eines Resonators in dem Lasersystem zu verbessern.
  • Das Lasersystem ermöglicht eine beständige Abgabe eines Laserstrahls mit einigen kW oder mehr selbst bei dem Modus TEM00 oder TEM01*, welche im allgemeinen für das Schneiden der dergleichen bei der Anwendung des Lasersystems in einem Laserbearbeitungsgerät angewandt werden.
  • Ein Modus wird vorzugsweise aufgrund eines Durchmessers des Teilreflexionsteils des Auskoppelungsspiegels bestimmt. Dies übernimmt die gleiche Funktion wie diejenige einer Blendenöffnung eines stabilen Resonators in dem herkömmlichen Lasersystem. Anders als durch die Blende in dem herkömmlichen Lasersystem wird jedoch durch den Teilreflexionsteil des Auskoppelungsspiegels der Laserpumpanregungsraum nicht eingeschränkt. Infolgedessen kann ein bei dem herkömmlichen Resonator wegfallender Teil für hohe Laserverstärkung wirkungsvoll genutzt werden.
  • Da der Modus durch den Durchmesser des Teilreflexionsteils ohne Einschränkung des Laserpumpraums bestimmt ist, kann ein Teilbereich hoher Laserverstärkung wirkungsvoll genutzt werden.
  • Wenn weiter vorzugsweise die Krümmungsradien des Auskoppelungsspiegels und des Totalreflexionsspiegels jeweils R1 und R2 sind und die Länge des Resonators L ist, können die Krümmungen des Auskoppelungsspiegels und des Totalreflexionsspiegels entweder in konkaver oder in konvexer Form innerhalb des Bereichs gewählt werden, in welchem die Beziehung 0 < (1 – L/R1) (1 – L/R2) < 1erfüllt ist.
  • Der Totalreflexionsspiegel kann ein Reflexionsvermögen von 99% haben, wodurch der Laserstrahl im Resonator zu 1% ausgegeben werden kann.
  • Der Auskoppelungsspiegel und/oder der diesem gegenübergesetzte Totalreflexionsspiegel kann mit einem Spiegelwinkel-Einstellmechanismus versehen sein, um Abweichungen hinsichtlich der Lage und der Richtung des aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahls zu korrigieren.
  • Der Totalreflexionsspiegel kann mit einem Krümmungsänderungsmechanismus versehen sein. Infolgedessen kann der Krümmungsradius des Totalreflexionsspiegels geändert werden und somit ein Modus des in dem Resonator erzeugten Laserstrahls frei gewählt werden.
  • Der Auskoppelungsspiegel kann mit einer Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung in der Weise versehen sein, dass die Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Teilreflexionsteil bzw. dem Antireflexionsteil des Auskoppelungsspiegels aus dem Resonator heraus abgegebenen Laserstrahlanteile ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist. Auf diese Weise wird die Phasendifferenz zwischen den aus dem Resonator ausgegebenen Laserstrahlanteilen korrigiert, so dass die Güte des Laserstrahls verbessert werden kann.
  • Eine Phasendifferenz-Steuervorrichtung kann die Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Teilreflexionsteil und dem Antireflexionsteil des Auskoppelungsspiegels aus dem Resonator heraus abgegebenen Laserstrahlanteile steuern. Somit kann durch das Steuern der Phasendifferenz die Güte des Laserstrahls gesteuert werden.
  • Wahlweise kann der Totalreflexionsspiegel mit einer derartigen Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung versehen sein, dass die Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Teilreflexionsteil und dem Antireflexionsteil des Auskoppelungsspiegels aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahlanteilen ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist. Auf diese Weise kann die Phasendifferenz korrigiert werden und damit die Qualität des Laserstrahls verbessert werden.
  • Alternativ ist der Totalreflexionsspiegel mit einer Phasendifferenz-Steuervorrichtung ausgestattet, so dass die Phasendifferenz zwischen den aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahlanteilen gesteuert wird und damit die Güte des Laserstrahls steuerbar ist.
  • Ferner kann auch außerhalb des Resonators eine Phasendifferenz-Korrektureinrichtung in der Weise angeordnet sein, dass die Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Teilreflexionsteil und dem Antireflexionsteil des Auskoppelungsspiegels abgegebenen Laserstrahlanteilen ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist. Auf diese Weise wird die Phasendifferenz zwischen den aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahlanteilen korrigiert, so dass die Qualität des Laserstrahls verbessert werden kann.
  • Wahlweise ist zum Steuern der Phasendifferenz zwischen den Laserstrahlanteilen eine Phasendifferenz-Steuervorrichtung außerhalb des Resonators angeordnet. Somit kann die Phasendifferenz und dadurch die Qualität des Laserstrahls gesteuert werden.
  • Eine Blende zum Begrenzen des Durchmessers des in dem Resonator dem Auskoppelungsspiegel und/oder dem Totalreflexionsspiegel des Resonators zugeleiteten Laserstrahls kann vorgesehen sein und der Durchmesser der Blende auf einen Wert eingestellt sein, der nicht größer als das Vierfache des Durchmessers des Teilreflexionsteils des Auskoppelungsspiegels ist, wodurch die hohe Qualität des aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahls aufrecht erhalten werden kann.
  • Der Auskoppelungsspiegel ist gegebenenfalls aus einer ringförmigen Spiegelunterlage und einer mit der ringförmigen Spiegelunterlage verbindbaren Spiegelunterlage zusammengesetzt, wobei die ringförmige Spiegelunterlage an beiden Seiten Antireflexionsfilme trägt, während die andere Spiegelunterlage an ihrer dem Totalreflexionsspiegel zugewandten Seite einen Teilreflexionsfilm und an der gegenüberliegenden Seite einen Antireflexionsfilm hat. Daher ist es durch Bereitstellen einiger Arten von Spiegelunterlagen mit Teilreflexionsfilmen mit unterschiedlichen Teilreflexionseigenschaften möglich, auf einfache Weise Resonatoren mit voneinander verschiedenen Teilreflexionseigenschaften zu bilden. Darüberhinaus ist es durch Einstellen der relativen Dicken der Spiegelunterlagen möglich, eine Phasendifferenz zwischen den jeweils aus den beiden Spiegelunterlagen abgegebenen Laserstrahlanteile zu steuern.
  • Der Teilreflexionsteil des Auskoppelungsspiegels kann durch eine Vielzahl von Reflexionsfilmen gebildet sein, die hinsichtlich des Intensitäts-Reflexionsvermögens unterschiedlich sind, um das Reflexionsvermögen des Teilreflexionsteils stufenweise zu ändern. Infolgedessen ist es möglich, den Bereich der Modi des erzeugten Laserstrahls zu erweitern und damit die Laserausgangsleistung zu verbessern.
  • Bei diesem Lasersystem kann der Bereich der Modi des erzeugten Laserstrahls erweitert werden, so dass die Laserausgangsleistung verbessert werden kann.
  • Als mittiger Teilreflexionsteil des Auskoppelungsspiegels kann ein dünner Metallfilm ausgebildet sein, um den herum ein Antireflexionsfilm derart ausgebildet ist, dass zwischen dem durch den Metallfilm hindurchtretenden Laserstrahlanteil und dem durch den Antireflexionsteil hindurchtretenden Laserstrahlanteil eine nur geringe Phasendifferenz besteht. Daher ist es nicht erforderlich, eine Phasenkorrekturvorrichtung zu verwenden.
  • Der Teilreflexionsteil des Auskoppelungsspiegels kann durch einen konzentrischen ringförmigen Teilreflexionsfilm gebildet sein, so dass es möglich ist, in dem Resonator einen Mehrfachmodus niedriger Ordnung mit großer Querschnittsfläche zu erzeugen.
  • Der Teilreflexionsteil des Auskoppelungsspiegels kann durch eine Vielzahl von konzentrischen ringförmigen Teilreflexionsfilmen oder Totalreflexionsfilmen gebildet, so dass gleichfalls in dem Resonator ein Mehrfachmodus niedriger Ordnung mit großer Querschnittsfläche erzeugt werden kann.
  • Ein Mehrfachmodus niedriger Ordnung mit großer Querschnittsfläche kann dadurch erzeugt werden, dass der Durchmesser des Auskoppelungsspiegels groß gewählt ist.
  • Die Grenzfläche zwischen dem Teilreflexionsteil und dem Antireflexionsteil, die beide an der den Resonator bildenden Seite des Auskoppelungsspiegels gebildet sind, kann in bezug auf die Achse des Auskoppelungsspiegels schräg oder gekrümmt ausgebildet sein, so dass der Modebereich des erzeugten Laserstrahls erweitert werden kann und damit die Laserausgangsleistung verbessert werden kann.
  • Da der Außenumfang des Teilreflexionsteils an der den Resonator bildenden Seite des Auskoppelungsspiegels in einer von einem Kreis verschiedenen geometrischen Form ausgebildet sein kann, kann der Modebereich des erzeugten Laserstrahls erweitert werden und daher die Laserausgangsleistung verbessert werden.
  • Das Reflexionsvermögen des an dem Außenumfang des Auskoppelungsspiegels gebildeten Antireflexionsteils kann innerhalb von 5% festgelegt sein und es ist daher möglich, eine gute Qualität des aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahls einzuhalten.
  • Der Auskoppelungsspiegel kann derart gestaltet sein, dass dessen dem Totalreflexionsspiegel zugewandte Oberfläche und dessen Oberfläche auf der anderen Seite voneinander verschiedene Krümmungsradien haben. Infolgedessen kann der Auskoppelungsspiegel auch die Funktion einer Linse erhalten und es kann für den aus dem Auskoppelungsspiegel austretenden Laserstrahl ein erwünschter Krümmungsradius frei gewählt werden.
  • Der Modus ist durch den Durchmesser des Totalreflexionsspiegels und den Durchmesser des Teilreflexionsteils des Auskoppelungsspiegels bestimmt. Dies übernimmt die gleiche Funktion wie diejenige der Blende eines stabilen Resonators bei dem herkömmlichen Lasersystem. Bei dem erfindungsgemäßen Lasersystem wird jedoch anders als durch die Blende in dem herkömmlichen Lasersystem der Laserpumpraum nicht durch den Durchmesser des Totalreflexionsspiegels und des Teilreflexionsteils des Auskoppelungsspiegels eingeschränkt.
  • Folglich kann der Modus ohne Einschränkung des Laserpumpraumes gewählt werden.
  • Der Modus ist durch den Durchmesser des Totalreflexionsteils des Reflexionsspiegels bestimmt. Dies übernimmt die gleiche Funktion wie diejenige der Blende eines Resonators in dem herkömmlichen Lasersystem. Bei dem erfindungsgemäßen Lasersystem ist jedoch anders als durch die Blende bei dem herkömmlichen Lasersystem der Laserpumpraum nicht durch den Totalreflexionsteil des Reflexionsspiegels eingeschränkt. Infolgedessen kann ein bei dem herkömmlichen Resonator wegfallender Abschnitt hoher Laserverstärkung wirkungsvoll genutzt werden.
  • Der Modus ist durch den Durchmesser des Totalreflexionsteils des Reflexionsspiegels ohne Einengung des Laserpumpraumes bestimmt, was eine wirkungsvolle Nutzung eines Abschnitts hoher Laserverstärkung ermöglicht.
  • Ein Spiegelwinkel-Einstellmechanismus kann für den Reflexionsspiegel und/oder den Auskoppelungsspiegel vorgesehen sein, so dass Abweichungen hinsichtlich der Lage und der Richtung des aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahls korrigiert werden können.
  • Der Reflexionsspiegel kann mit einer Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung in der Weise versehen sein, dass die Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Totalreflexionsteil und dem Teilreflexionsteil des Reflexionsspiegels reflektierten Laserstrahlanteilen ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist. Auf diese Weise ist die Phasendifferenz zwischen den aus dem Resonator heraus abgegebenen Laserstrahlanteilen korrigiert, so dass die Qualität des Laserstrahls verbessert werden kann.
  • Der Reflexionsspiegel kann mit einer Phasendifferenz-Steuervorrichtung zum Steuern der Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Totalreflexionsteil und dem Teilreflexionsteil des Reflexionsspiegels reflektierten Laserstrahlanteilen versehen sein, so dass die Phasendifferenz zwischen den aus dem Resonator heraus abgegebenen Laserstrahlanteilen und damit die Qualität des Laserstrahls steuerbar ist.
  • Der Auskoppelungsspiegel kann mit einer Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung in der Weise versehen sein, dass die Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Totalreflexionsteil und dem Teilreflexionsteil des Reflexionsspiegels reflektierten Laserstrahlanteilen ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist. Auf diese weise ist die Phasendifferenz zwischen den aus dem Resonator heraustretenden Laserstrahlanteilen korrigiert und es ist daher möglich, die Güte des Laserstrahls zu verbessern.
  • Der Auskoppelungsspiegel kann mit einer Phasendifferenz-Steuervorrichtung zum Steuern der Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Totalreflexionsteil und dem Teilreflexionsteil des Reflexionsspiegels reflektierten Laserstrahlanteilen ausgestattet sein. Auf diese Weise ist die Phasendifferenz zwischen den aus dem Resonator heraustretenden Laserstrahlanteilen und damit die Qualität des Laserstrahls steuerbar.
  • Außerhalb des Resonators kann eine Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung in der Weise angeordnet sein, dass die Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Totalreflexionsteil und dem Teilreflexionsteil des Reflexionsspiegels reflektierten Laserstrahlanteilen ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist. Auf diese Weise wird die Phasendifferenz zwischen den aus dem Resonator heraustretenden Laserstrahlanteilen aufgehoben, so dass es möglich ist, die Güte des Laserstrahls zu verbessern.
  • Außerhalb des Resonators kann wahlweise eine Phasendifferenz-Steuervorrichtung zum Steuern der Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Totalreflexionsteil und dem Teilreflexionsteil des Reflexionsspiegels reflektierten Laserstrahlanteilen angeordnet sein. Da auf diese Weise die Phasendifferenz zwischen den aus dem Resonator heraustretenden Laserstrahlanteilen gesteuert wird, ist es möglich, die Laserstrahlgualität zu steuern.
  • Eine Blende zum Begrenzen des Durchmessers des in dem Resonator dem Auskoppelungsspiegel und/oder dem Reflexionsspiegel des Resonators zugeleiteten Laserstrahls kann ausgebildet sein und der Durchmesser dieser Blende ist auf einen Wert eingestellt, der nicht größer als das Vierfache des Durchmessers des Totalreflexionsteils des Reflexionsspiegels ist, wodurch die Qualität des aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahls beibehalten werden kann.
  • Vorteile des erfindungsgemäßen Lasersystems
  • Nachstehend werden die mit den jeweiligen Lasersystemen gemäß den Patentansprüchen erzielbaren Vorteile aufgeführt, die mit dem herkömmlichen Lasersystem nicht erreicht werden können.
  • Mit dem Lasersystem gemäß Anspruch 1, 2, 14 bis 17, 21 bis 23, 26 bis 28 ist es möglich, einen Laserstrahl im Modus TEM00 oder TEM01* mit einer Querschnittsfläche zu erhalten, die größer als diejenige bei dem durch die Konstruktion des Resonators bestimmten Laserstrahldurchmesser ist. Ferner kann ein Laserstrahl mit einigen kW oder mehr auf stabile Weise herausgeleitet werden, ohne dass es erforderlich ist, irgendwelche Maßnahmen bezüglich der Lichtwiderstandsfähigkeit des Auskoppelungsspiegels zu treffen.
  • Bei dem Lasersystem gemäß Anspruch 3 ist der Freiheitsgrad hinsichtlich der Auslegen dadurch verbessert, dass für die Spiegel die konkave oder die konvexe Form gewählt werden kann.
  • Bei dem Lasersystem gemäß Anspruch 4 wird aus dem Totalreflexionsspiegel heraus ein Laserstrahl geringer Intensität erhalten, wodurch die Messung der Ausgangsleistung des Lasers vereinfacht ist.
  • Das Lasersystem gemäß Anspruch 5 oder 28 ist infolge der möglichen Korrektur von Abweichungen hinsichtlich der Lage und der Richtung des aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahls hervorragend hinsichtlich der Strahlstabilität, so dass bei einer Bearbeitung mit dem Laserstrahl die Ausbeute verbessert ist.
  • Bei dem Lasersystem gemäß Anspruch 6 ist es durch das Ändern des Krümmungsradius des Totalreflexionsspiegels möglich, den Modus des in dem Resonator erzeugten Laserstrahls frei zu wählen. Infolgedessen kann außerordentlich einfach von einem Modus auf einen anderen umgestellt werden. Beispielsweise kann bei einer komplizierten Bearbeitung mit dem Laserstrahl, bei der der Modus des Laserstrahls geändert wird, die Bearbeitung außerordentlich gleichmäßig ausgeführt werden, ohne den Laser außer Betrieb zu setzen.
  • Bei dem Lasersystem gemäß Anspruch 7, 9, 11, 29, 31 oder 33 wird durch das Korrigieren der Phasendifferenz die Güte des Laserstrahls verbessert. Dadurch entsteht durch die Schwingung in einem einzigen Modus mit großer Querschnittsfläche und hoher Ausgangsleistung die Möglichkeit einer Bearbeitung mit dem Laserstrahl, die bei dem Schneiden oder Schweißen von übermäßig dicken Platten oder Stahlplatten anwendbar ist. Somit wird eine Laserstrahlbearbeitung auf neuen oder unterschiedlichen Gebieten möglich.
  • Mit dem Lasersystem gemäß Anspruch 8, 10, 12, 30, 32 oder 34 wird es durch das Steuern der Phasendifferenz und damit der Qualität des Laserstrahls möglich, in Verbindung mit der Schwingung in einem einzigen Modus mit großer Querschnittsfläche hoher Ausgangsleistung eine kombinierte Laserstrahlbearbeitung zum Schneiden und Schweißen oder eine Bearbeitung mit Impulsen mit außerordentlich hoher axialer Intensität auszuführen. Dadurch wird gleichfalls eine Laserstrahlbearbeitung auf neuen oder unterschiedlichen Gebieten ermöglicht.
  • Bei dem Lasersystem gemäß Anspruch 13 oder 35 kann durch die Dimensionierung der Blende eine hohe Qualität des aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahl aufrecht erhalten werden. Ferner kann ein Laserbearbeitungsgerät mit einem solchen Lasersystem über eine lange Zeit durchgehend betrieben werden, was eine Verringerung der Bearbeitungskosten und des Leistungsverbrauchs ermöglicht.
  • Mit dem Lasersystem gemäß Anspruch 18 oder 19 kann im Resonator ein Laserstrahl im Mehrfachmodus niedriger Ordnung mit großer Querschnittsfläche erzeugt werden, nämlich mit einer Querschnittsfläche, die größer als diejenige ist, die dem durch die Resonatorgestaltung bestimmten Laserstrahldurchmesser entspricht.
  • Bei dem Lasersystem gemäß Anspruch 20 wird durch den großen Durchmesser des Auskoppelungsspiegels ein Laserstrahl im Mehrfachmodus niedriger Ordnung mit großer Querschnittsfläche erzielt.
  • Bei dem Lasersystem gemäß Anspruch 24 kann der Auskoppelungsspiegel durch das unterschiedliche Wählen der Krümmungsradien seiner beiden Seiten die Funktion einer Linse erhalten, wodurch die Form des aus dem Auskoppelungsspiegel austretenden Laserstrahls frei gewählt werden kann. Infolgedessen kann der Durchmesser des Laserstrahls bei dessen Konvergenz geändert werden und es kann leicht eine von der Strahlintensität abhängige Bearbeitung mit dem Laserstrahl vorgenommen werden.
    •
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
  • 1 ist eine Schnittansicht eines ersten Vergleichsbeispiels der Erfindung.
  • 2 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Lasersystems.
  • 3 ist eine Schnittansicht eines anderen herkömmlichen Lasersystems.
  • 4(a) ist eine Darstellung, die einen Zustand eines Laserstrahls bei dem ersten Vergleichsbeispiel bei geringer Laserverstärkung zeigt.
  • 4(b) ist eine Darstellung, die einen Zustand eines Laserstrahl bei geringer Laserverstärkung in einem herkömmlichen Lasersystem zeigt.
  • 5(a) ist eine Darstellung, die einen Zustand eines Laserstrahls bei hoher Laserverstärkung bei dem ersten Vergleichsbeispiel zeigt.
  • 5(b) ist eine Darstellung, die einen Zustand eines Laserstrahls bei hoher Laserverstärkung in einem herkömmlichen Lasersystem zeigt.
  • 6 bis 11 sind jeweils eine Schnittansicht eines zweiten bis vierten Vergleichsbeispiels.
  • 12 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Phasendifferenz-Korrekturverfahrens bei dem 5. Vergleichsbeispiel.
  • 13(a) und 13(b) sind Diagramme von Phasenänderungen des Laserstrahls bei dem 5. Vergleichsbeispiel.
  • 14(a) und 14(b) sind Intensitätsverteilungsdiagramme des Laserstrahls bei dem 5. Vergleichsbeispiel.
  • 15(a), 15(b), 16(a), 16(b), 17(a), 17(b) und 18 sind jeweils eine Darstellung zur Erläuterung eines Phasendifferenz-Korrekturverfahrens bei dem 5. Vergleichsbeispiel.
  • 19 bis 22 sind jeweils eine Schnittansicht eines 7. und 8. Vergleichsbeispiels.
  • 23 ist ein Diagramm, das Änderungen der Strahlgüte bei einem 9. Vergleichsbeispiel zeigt.
  • 24 bis 31 sind jeweils Schnittansichten von Spiegeln bei einem 10. bis 12. Vergleichsbeispiel.
  • 32 ist ein Intensitätsverteilungsdiagramm des Laserstrahls bei einem 13. Vergleichsbeispiel.
  • 33 bis 35 sind jeweils eine Schnittansicht eines Spiegels bei einem 14. Vergleichsbeispiel.
  • 36(a) und 36(b) sind jeweils eine Schnittansicht eines Spiegels bei einem 15. Vergleichsbeispiel.
  • 37 bis 39 sind jeweils eine Draufsicht auf einen Spiegel bei dem 15. Vergleichsbeispiel.
  • 40 ist eine erläuternde Darstellung, die Änderungen der Strahlgüte bei einem 16. Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
  • 41 bis 43 sind jeweils eine Schnittansicht eines 17. Ausführungsbeispiels.
  • 44 bis 46 sind jeweils eine Schnittansicht eines 18. und 19. Ausführungsbeispiels.
  • 47 bis 52 sind jeweils eine Schnittansicht eines 20. bis 24. Vergleichsbeispiels.
  • 53 bis 55 sind jeweils eine Schnittansicht eines 25. Ausführungsbeispiels.
  • 56(a) und 56(b) sind jeweils eine Schnittansicht eines Spiegels bei einem 26. Ausführungsbeispiel.
  • 57(a), 57(b), 58(a) und 58(b) sind jeweils eine Schnittansicht eines Spiegels bei einem 28. Ausführungsbeispiel.
  • 59 und 60 sind jeweils eine Schnittansicht eines 30. Ausführungsbeispiels.
  • 61 und 62 sind jeweils eine Schnittansicht eines 31. und 32. Vergleichsbeispiels.
  • 63 bis 66 sind jeweils eine Schnittansicht eines Spiegels bei dem 32. Vergleichsbeispiel.
  • 67 und 68 sind jeweils eine Schnittansicht eines 33. und 34. Vergleichsbeispiels.
  • 69 bis 71 sind jeweils eine Schnittansicht eines 35. Ausführungsbeispiels.
  • 72 bis 75 sind jeweilige Schnittansichten von Spiegeln bei einem 36. und 38. Ausführungsbeispiel.
  • 76 und 77 ist eine Schnittansicht eines 40. Ausführungsbeispiels.
  • 78 bis 90 sind jeweils eine Schnittansicht eines 41. bis 49. Vergleichsbeispiels.
  • 91 ist ein Verstärkungsverteilungsdiagramm bei dem 49. Vergleichsbeispiel.
  • 92 ist ein Intensitätsverteilungsdiagramm des Laserstrahls bei dem 49. Vergleichsbeispiel.
  • 93 bis 101 sind jeweils eine Schnittansicht eines 50. bis 58. Vergleichsbeispiels.
  • 102 ist ein Intensitätsverteilungsdiagramm des Laserstrahls bei dem 58. Ausführungsbeispiel.
  • 103 ist eine Schnittansicht eines 59. Ausführungsbeispiels.
  • 104 bis 108 sind jeweils eine Schnittansicht eines 60. bis 64. Vergleichsbeispiels.
  • 109(a) und 109(b) sind jeweils eine Draufsicht und eine Schnittansicht eines Spiegels bei einem 66. Vergleichsbeispiel.
  • 110(a) und 110(b) sind jeweils eine Schnittansicht und eine Draufsicht, die das 66. Vergleichsbeispiel veranschaulichen.
  • 111(a) ist ein Intensitätsverteilungsdiagramm des von dem Lasersystem gemäß dem 66. Vergleichsbeispiel abgegebenen Laserstrahls.
  • 111(b) ist ein Intensitätsverteilungsdiagramm des von einem herkömmlichen Lasersystem abgegebenen Laserstrahls.
  • 112(a) und 112(b) sind jeweils eine Schnittansicht und eine Draufsicht, die das 66. Vergleichsbeispiel veranschaulichen.
  • 113 ist eine Gesamtansicht eines 67. Vergleichsbeispiels.
  • 114 ist eine Gesamtansicht des 67. Vergleichsbeispiels.
  • 115 ist eine Schnittansicht, die einen Laserpumpraum bei einem herkömmlichen Lasersystem zeigt.
  • 116 ist ein Diagramm der Verstärkungsverteilung in einer Gasströmungsrichtung in dem Laserpumpraum des herkömmlichen Lasersystems.
  • 117 ist eine Schnittansicht, in welcher ein erfindungsgemäßer optischer Resonator bei einem herkömmlichen Lasersystem angewandt ist, bei welchem eine Gasströmung und eine optische Achse einander senkrecht schneiden.
  • 118 ist eine Schnittansicht eines bei der in
  • 117 dargestellten Gestaltung abgegebenen Laserstrahls.
  • 119 ist eine Schnittansicht eines Laserpumpraumes bei einem 68. Ausführungsbeispiel.
  • 120 ist eine Draufsicht auf ein 69. Ausführungsbeispiel.
  • 121(a) und 121(b) sind jeweils eine Seitenansicht und eine Schnittansicht, die ein 70. Ausführungsbeispiel zeigen.
  • 122 ist eine Gesamtansicht eines 71. Ausführungsbeispiels.
  • Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in welchen gleiche Bestandteile wie in 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Beschreibung der gleichen Bestandteile ist hierbei zum Vermeiden von unnötigen Wiederholungen weggelassen.
  • 1. Vergleichsbeispiel
  • Die 1 ist eine Schnittansicht, die das 1. Vergleichsbeispiel zeigt. In dieser Figur sind mit 1 bis 7 Teile bezeichnet, die entsprechenden Teilen bei dem in 3 dargestellten herkömmlichen Lasersystem gleich oder gleichartig sind, so dass sie zum Vermeiden der Erläuterung mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In 1 ist mit 11c ein Teilreflexionsfilm bezeichnet, der auf der einem Totalreflexionsspiegel 1 gegenüberliegenden Oberfläche eines Auskoppelungsspiegels 2 ausgebildet ist. Der Teilreflexionsfilm 11c bestimmt den Modus in einem Resonator und bewirkt das Austreten eines Laserstrahls aus dem Resonator. Mit 12a ist ein ringförmiger Antireflexionsfilm bezeichnet, der auf der dem Totalreflexionsspiegel 1 gegenüberliegenden Fläche des Auskoppelungsspiegels 2 um den Teilreflexionsfilm bzw. Teilreflexionsteil 11c herum ausgebildet ist, und mit 12b ist ein Antireflexionsfilm als nicht reflektierender bzw. Antireflexionsteil bezeichnet, der auf der Oberfläche des Auskoppelungsspiegels 2 an der dem Teilreflexionsfilm 11c entgegengesetzten Seite ausgebildet ist.
  • Es wird nun die Funktion des Lasersystems gemäß diesem 1. Vergleichsbeispiel beschrieben. Dieses Lasersystem wirkt auf nahezu die gleiche Weise wie das herkömmliche Lasersystem, unterscheidet sich jedoch darin, dass der Teilreflexionsfilm 11c des Auskoppelungsspiegels 2 den Modus in dem Resonator bestimmt. Wenn die anliegende Leistung bzw. Laserverstärkung gering ist, wird durch den Teilreflexionsfilm 11c der Modus auf ungefähr die gleiche Weise wie durch die Blende 3 in dem herkömmlichen stabilen Resonator bestimmt. Wenn jedoch die aufgebrachte Leistung hoch ist, d.h., die Laserverstärkung hoch ist, wird durch die Blende 3 in dem herkömmlichen Lasersystem wie im Falle geringer Laserverstärkung gleichzeitig sowohl der Modus bestimmt als auch der Laserpumpraum eingeengt, wogegen bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Teilreflexionsfilm 11c nur den Modus bestimmt und nicht den Laserpumpraum einschränkt. Ferner wird bei dem herkömmlichen Lasersystem durch die Blende der Außenumfangsbereich des Laserstrahls abgeschnitten, was eine verschlechterte Güte des Laserstrahls 7 ergibt. Bei dem Lasersystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird dagegen der Außenumfangsbereich eines Laserstrahls 6 nicht unterbrochen, so dass die Qualitätsverschlechterung eines Laserstrahls 7 verhindert ist.
  • Unter Bezugnahme auf die 4(a), 4(b), 5(a) und 5(b) werden nachstehend die Funktionen des Lasersystems gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel und des herkömmlichen Lasersystems im Falle geringer Laserverstärkung und im Falle hoher Laserverstärkung beschrieben.
  • Es sei nun angenommen, dass in dem Resonator ein Laserstrahl im Modus TEM00 erzeugt wird. Die 4(a) und 4(b) zeigen jeweils den Zustand des Laserstrahls 6 im Resonator des Lasersystems gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel bzw. im Resonator des herkömmlichen Lasersystems im Falle geringer Laserverstärkung, während die 5(a) und 5(b) jeweils den Zustand des Laserstrahls 6 in dem Resonator des Lasersystems gemäß dem Vergleichsbeispiel bzw. des herkömmlichen Lasersystems im Falle hoher Laserverstärkung zeigen.
  • Wenn die Laserverstärkung gering ist, ist der in 4(a) dargestellte Laserstrahl 6 bei dem ersten Vergleichsbeispiel nahezu auf einem optischen Strahlenweg konzentriert, der durch die Krümmungsradien der Spiegel 1 und 2 und die Länge des Resonators bestimmt ist, so dass der Laserstrahl nur durch die Laserverstärkung auf dem optischen Weg verstärkt wird. Daher ist die Form des aus dem Auskoppelungsspiegel 2 abgegebenen Laserstrahls annähernd die gleiche wie diejenige des Laserstrahls bei dem herkömmlichen Lasersystem.
  • Wenn andererseits die Laserverstärkung hoch ist, wird gemäß 5(b) durch die Blende 3 in dem herkömmlichen Lasersystem der Modus bestimmt und zugleich der Laserpumpraum eingeengt. Infolgedessen wird wie bei geringer Laserverstärkung der Laserstrahl 6 in dem Resonator durch die Verstärkung auf dem optischen Strahlenweg verstärkt. Selbst wenn in diesem Fall der Pumpbereich bei dem herkömmlichen Lasersystem den in 5(b) dargestellten schraffierten Bereich umfaßt, ist in diesem Bereich die Laserverstärkung völlig sinnlos, da sie überhaupt nicht genutzt wird. Zum Erhöhen der Laserausgangsleistung bei dem herkömmlichen Lasersystem ist es daher erforderlich, den Laserstrahl 6 nur durch die Verstärkung auf dem optischen Strahlenweg zu verstärken, welcher durch die Resonatorgestaltung bestimmt ist.
  • Wenn eine hohe Laserverstärkung in dem Lasersystem gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel hervorgerufen wird, kann die Laserverstärkung in dem in 5(a) schraffierten Bereich zum Verstärken von Beugungsstrahlen genutzt werden. Im einzelnen läuft zwar der Laserstrahl 6 in dem Resonator auf dem durch den Resonatoraufbau bestimmten optischen Weg hin und zurück, jedoch sind auch Laserstrahlen vorhanden, die von dem optischen Weg abweichen. Bei geringer Laserverstärkung treten die von dem optischen Weg abweichenden Beugungsstrahlen vor deren hoher Verstärkung aus dem Resonator aus, so dass kein Problem entsteht. Bei einem gewöhnlichen Lasersystem, z.B. bei einem in einem Laserbearbeitungsgerät eingesetzten Lasersystem mit hoher Laserverstärkung werden jedoch die Beugungsstrahlen während eines einzelnen Umlaufs durch den Resonator erheblich verstärkt. Obgleich diese beträchtlich verstärkten Beugungsstrahlen größtenteils nach einem einzigen Durchlauf durch den Resonator aus diesem austreten, erreicht ein Teil derselben den Teilreflexionsfilm 11c des Auskoppelungsspiegels. Diese Beugungsstrahlen durchlaufen wieder den Resonator und tragen in starkem Ausmaß zum Bilden eines Modus in dem Resonator bei. Der bei dem Lasersystem gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel erhaltene Laserstrahl 6 wird gemäß 5(a) sowohl durch das von dem Teilreflexionsfilm 11c des Auskoppelungsspiegels 2 teilweise durchgelassene Licht als auch durch das von dem Antireflexionsfilm 12a des Spiegels durchgelassene Licht im Modus TEM00 mit großer Querschnittsfläche abgestrahlt, so dass es möglich ist, die Laserausgangsleistung zu erhöhen.
  • Andererseits werden bei dem herkömmlichen Lasersystem die Beugungsstrahlen durch die hohe Laserverstärkung im strichlierten Bereich gemäß 5(b) verstärkt, aber durch die nahe an dem Auskoppelungsspiegel und dem Totalreflexionsspiegel innen liegende Blenden 3 abgefangen, durch deren Durchmesser auch der Durchmesser des Laserstrahls bestimmt ist. Daher ist es nicht möglich, den Laserstrahl im Modus TEM00 mit großer Querschnittsfläche herauszuleiten.
  • Auf diese Weise wird bei dem Lasersystem gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel durch den Teilreflexionsfilm 11c des Auskoppelungsspiegels 2 ein Modus in dem Resonator gewählt bzw. bestimmt und es kann bei dem Verstärken des Laserstrahls 6 wirkungsvoll ein Bereich hoher Laserverstärkung genutzt werden, der bei dem herkömmlichen Resonator entfällt. Infolgedessen wird es möglich, einen Laserstrahl im Modus TEM00 mit einer Querschnittsfläche herauszuleiten, die größer ist als diejenige gemäß dem durch Aufbau des Resonators bestimmten Strahlendurchmesser, was bisher unmöglich war.
  • Mit dem Laserstrahl 6 mit großer Querschntittsfläche ist eine Erhöhung der Laserausgangsleistung erzielbar, wobei es sich als Versuchsergebnis herausgestellt hat, dass die axiale Intensität des Laserstrahls 6 bei dem Austreten aus dem Resonator geringer wird als diejenige eines Laserstrahls gleicher Ausgangsleistung, der aus einem herkömmlichen Resonator erhalten wird. Dies stimmt mit der Berechnung überein. Durch das Senken der axialen Intensität des Laserstrahls 6 wird deren Einwirkung auf den Teilreflexionsfilm 11c des Auskoppelungsspiegels 2 geringer, so dass es auch im Hinblick auf die Lichtwiderstandsfähigkeit des Auskoppelungsspiegels 2 möglich ist, einen beständigeren Laserstrahl zu erzeugen.
  • Mit dem stabilen Resonator in dem Lasersystem gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel war es möglich, im Modus TEM00 einen Laserstrahl mit 6kW Ausgangsleistung und einem Außendurchmesser von 30 mm zu erzeugen.
  • 2. Vergleichsbeispiel
  • Obgleich bei dem vorstehend beschriebenen ersten Vergleichsbeispiel die den Resonator bildenden Spiegel 1 und 2 beide konkav sind, kann gemäß 6 oder 7 einer der Spiegel 1 und 2 konvex sein. Im einzelnen können dann, wenn die Resonatorlänge L ist und die Krümmungsradien der Spiegel 1 und 2 jeweils R1 bzw. R2 sind, die gewünschten Formen der Spiegel 1 und 2 derart gewählt werden, dass der folgenden Beziehung (1) genügt ist. 0 < (1 – L/R1) (1 – L/R2) < 1 (1)
  • 3. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem vorstehenden ersten Vergleichsbeispiel keiner der den Resonator bildenden Spiegel 1 und 2 mit einem Spiegelwinkel-Einstellmechanismus versehen ist, kann mindestens einer der Spiegel 1 und 2 mit einem Spiegelwinkel-Einstellmechanismus 301 oder 302 gemäß 8 bis 10 ausgestattet werden, wodurch bei einem Lasersystem, bei dem mit einer Erhöhung der aufgebrachten Leistung die Lage und die Richtung des austretenden Laserstrahls 7 abweichen, diese Lage- und Richtungsabweichungen korrigiert werden können. Somit ist durch das Korrigieren dieser Abweichungen durch Betätigen des Spiegelwinkel-Einstellmechanismus 301 oder 302 gemäß einer Erhöhung der aufgebrachten Leistung ein Lasersystem erzielbar, das hinsichtlich der Stabilität des Strahls außerordentlich überlegen ist.
  • 4. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem vorangehenden ersten Vergleichsbeispiel als den Resonator bildender Spiegel ein Totalreflexionsspiegel 1 mit einem festen Krümmungsradius verwendet ist, kann statt dessen gemäß 12 ein Spiegel 401 verwendet werden, der mit einem Krümmungsänderungsmechanismus 402 versehen ist. In diesem Fall kann ein erwünschter Modus des in dem Resonator erzeugten Laserstrahls durch Ändern des Krümmungsradius des Spiegels 401 mittels des Krümmungsänderungsmechanismus 402 gewählt werden.
  • 5. Vergleichsbeispiel
  • Wenn bei dem vorangehenden ersten Vergleichsbeispiel aus dem Auskoppelungsspiegel 2 der Laserstrahl 7 herausgeleitet wird, wird er aus dem Resonator heraus durch den Auskoppelungsspiegel 2 und den Antireflexionsfilm 12b hindurch mit einer Phasendifferenz abgegeben, die zwischen dem Teilreflexionsfilm 11c und dem Antireflexionsfilm 12a entsteht. Gemäß der das fünfte Vergleichsbeispiel darstellenden 11 ist es möglich, die Qualität des Laserstrahls 7 mittels einer Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung bzw. einer Stufe 20 zum Aufheben der Phasendifferenz zwischen dem Teilreflexionsfilm 11c und dem Antireflexionsfilm 12a des Auskoppelungsspiegels 2 zu verbessern.
  • Es wird nun die Funktion dieses Vergleichsbeispiels beschrieben. Wenn der Laserstrahl 7 durch den Teilreflexionsfilm 11c und den Antireflexionsfilm 12a des Auskoppelungsspiegels 2 hindurchtritt, erhält er gemäß 13(a) eine Phasendifferenz Δ(rad), die durch den Unterschied zwischen den Gestaltungen dieser beiden Filme verursacht ist. Wenn der Laserstrahl 7 mit dieser Phasendifferenz Δ beispielsweise durch eine Linse konvergiert wird, zeigt er eine Verteilung mit Nebenkeulen gemäß 14(a), wobei im allgemeinen in dem Fall, dass die Phasendifferenz größer als π/4 (rad) ist, die Qualität des Laserstrahls verschlechtert ist. Zum Verhindern dieser Qualitätsverschlechterung ist die Stufe 20 ausgebildet. Bei diesem fünften Ausführungsbeispiel ist die Dicke von ZnSe der in 13(b) gezeigten Stufe 20 derart gewählt, dass die Phasendifferenz Δ ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist, wodurch die Phasendifferenz Δ kompensiert wird und der Laserstrahl 7 zu einer Flächenwelle wird. Wenn dieser Laserstrahl 7 beispielsweise mittels einer Linse konvergiert wird, wird seine Intensitätsverteilung zu einer nahezu Gaußschen Verteilung ohne Nebenkeulen gemäß 14(b), was zu der Verbesserung der Qualität des Laserstrahls führt. Die gleiche Wirkung kann auch dann erzielt werden, wenn die Phasendifferenz Δ in dem Bereich eines ganzzahligen Vielfachen von 2πm ± π/4 (rad) liegt.
  • Die Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung ist nicht auf die in 11 und 13(b) dargestellte Stufe 20 beschränkt. Beispielsweise kann ein Stufenabschnitt 20a dadurch gebildet werden, dass diejenige Fläche des Auskoppelungsspiegels 2, die der Fläche gegenüberliegt, an der der Teilreflexionsfilm 11c oder ein nachfolgend beschriebener Dünnfilm 19 ausgebildet ist, gemäß der Darstellung in 15(a) bzw. 15(b) derart eingeschnitten wird, dass die Phasendifferenz ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist. Auch in diesem Fall ist die gleiche Wirkung wie die vorstehend beschriebene zu erwarten.
  • Die 15(a) und 15(b) sind insofern verschieden, als gemäß 15(a) der Teilreflexionsfilm 11c und der Antireflexionsfilm 12a jeweils voneinander unabhängig auf den Auskoppelungsspiegel 2 aufgebracht sind, wogegen gemäß 15(b) auf den Antireflexionsfilm 12a der Dünnfilm 19 aufgedampft ist, damit der mittige Teil des Auskoppelungsspiegels 2 teilweise reflektiert. Dieser Unterschied zwischen den beiden ist lediglich ein Unterschied hinsichtlich der Gestaltung der Teilreflexionsfilme, so dass nachfolgend beide Filme nur als Teilreflexionsfilme beschrieben und als gleiche Filme behandelt werden, ohne dass deren Gestaltungsunterschied angesprochen wird.
  • Ferner ist die Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung nicht auf die vorstehend beschriebenen Stufenabschnitt 20 und 20a eingeschränkt. Vielmehr kann an derjenigen Fläche des Auskoppelungsspiegels 2, an der der Teilreflexionsfilm 11c angebracht ist, ein Stufenabschnitt 21 gemäß 16(a) oder 16(b) in der Weise ausgebildet werden, dass die Phasendifferenz Δ ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist. Auch in diesem Fall ergibt sich die vorstehend beschriebene Wirkung.
  • Weiterhin können gemäß 17(a) und 17(b) an beiden Seiten des Auskoppelungsspiegels 2 Stufenabschnitte 22 und 23 in der Weise ausgebildet werden, dass die Phasendifferenz Δ ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist, wodurch die vorstehend beschriebene Wirkung zu erwarten ist.
  • Statt des Ausbildens solcher Stufen in dem Auskoppelungsspiegel 2 für das Kompensieren der Phasendifferenz Δ können gemäß 18 die Dicken des Teilreflexionsfilms 11c und des Antireflexionsfilms 12a derart gewählt werden, dass sich eine Phasendifferenz ergibt, die gleich einem ganzzahligen Vielfachen von 2π ist, wodurch die gleiche Wirkung wie die vorstehend beschriebene zu erwarten ist.
  • 6. Vergleichsbeispiel
  • Obgleich bei dem vorstehenden fünften Vergleichsbeispiel die Phasendifferenz Δ dadurch korrigiert wird, dass die Stufen 20, 20a, 21, 22 und 23 oder die Dicken des Teilreflexionsfilms 11c und des Antireflexionsfilms 12a auf eine Phasendifferenz Δ gleich einem ganzzahligen Vielfachen von 2π eingestellt werden, können die Dicken der Stufen 20, 20a, 21, 22 und 23 oder des Teilreflexionsfilms 11c und des Antireflexionsfilms 12a auf geeignete Weise zum Steuern der Phasendifferenz und dadurch zum Verbessern der Qualität des Laserstrahls 7 eingestellt werden.
  • 7. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem vorangehenden fünften Vergleichsbeispiel der Auskoppelungsspiegel 2 mit einer Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung versehen ist, kann gemäß 19 der mit diesem zusammen den Resonator bildende andere Spiegel, nämlich der Totalreflexionsspiegel 1 gemäß 19 mit einer Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung in Form eines Stufenabschnitts 701 versehen werden. Diese Gestaltung erlaubt es, wie im Falle des fünften Vergleichsbeispiels die Strahlenqualität zu verbessern. Ferner kann der Totalreflexionsspiegel gemäß 20 gestaltet werden, bei dem er in Spiegel 702a und 702b unterteilt ist, von denen einer mittels eines Stellelementes 703, z.B. eines piezoelektrischen Elementes zum Einstellen des Unterschieds hinsichtlich der Dicke zwischen den Teilspiegeln 702a und 702b verstellbar ist, um dadurch die Phasendifferenz zu steuern.
  • 8. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem vorangehenden fünften bis siebenten Vergleichsbeispiel die Vorrichtung zum Korrigieren oder Steuern der Phasendifferenz in dem Resonator angebracht ist, kann gemäß 21 eine Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung 801 außerhalb des Resonators angebracht werden. Da die Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung 801 mit einem Stufenabschnitt 802 ausgestaltet ist, wird ein von der Korrekturvorrichtung 801 reflektierter Laserstrahl 803 hinsichtlich seiner Phasendifferenz wie bei dem fünften Vergleichsbeispiel korrigiert. Ferner können gemäß 22 außerhalb des Resonators unterteilte Totalreflexionsspiegel 804a und 804b angeordnet werden, von denen einer mittels eines Stellelementes 805 als Phasendifferenz-Steuervorrichtung, z.B. eines piezoelektrischen Elementes zum Einstellen der Differenz hinsichtlich der Dicke zwischen den Spiegeln 804a und 804b und dadurch zum Steuern der Phasendifferenz des Laserstrahls 803 verstellt wird.
  • 9. Vergleichsbeispiel
  • Die 23 ist eine grafische Darstellung, die zeigt, wie sich die Güte des Laserstrahls 7 bei dem Lasersystem mit einer Änderung von Blenden 3 verändert, die jeweils vor dem Auskoppelungsspiegel 2 bzw, dem Totalreflexionsspiegel 1 angeordnet sind. In der grafischen Darstellung in 23 ist die Strahlgüte auf der Koordinatenachse aufgetragen, während auf der Abszissenachse ein Durchmesserverhältnis r/a der Blende 3 zu dem Teilreflexionsfilm 11c aufgetragen ist. Mit 2a ist der Durchmesser des Teilreflexionsfilms 11c bezeichnet und mit 2r ist der Durchmesser einer jeweiligen Blende 3 bezeichnet. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass die Strahlqualität schlechter wird, wenn der Durchmesser der Blende 3 ungefähr das Vierfache des Durchmessers des Teilreflexionsfilms 11c des Auskoppelungsspiegels 2 übersteigt. D.h., durch das Einstellen des Blendendurchmessers auf einen Wert, der nicht größer als das Vierfache des Durchmessers des Teilreflexionsfilms 11c ist, kann immer eine gute Strahlqualität eingehalten werden.
  • 10. Vergleichsbeispiel
  • Bei diesem Vergleichsbeispiel wird die Gestaltung des Auskoppelungsspiegels beschrieben. Die 24 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Auskoppelungsspiegels. Der darin dargestellte Auskoppelungsspiegel enthält eine ringförmige Spiegelunterlage 1001 und eine mit dieser verbindbare Spiegelunterlage 1002. Die Spiegelunterlage 1002 ist in den mittigen Teil der Spiegelunterlage 1001 eingesetzt. An beiden Seiten der ringförmigen Spiegelunterlage 1001 ist ein Antireflexionsfilm 1004 ausgebildet, während an der den Resonator bildenden Seite der Spiegelunterlage 1002 ein Teilreflexionsfilm 1003 ausgebildet ist und an der anderen Seite der Spiegelunterlage 1002 der Antireflexionsfilm 1004 ausgebildet ist.
  • Die Funktion dieses Auskoppelungsspiegels ist die gleiche wie bei dem ersten Vergleichsbeispiel. Die Verwendung dieses Auskoppelungsspiegels ist insofern vorteilhaft, als es lediglich durch Erzeugen einiger Arten von Spiegelunterlagen 1002 mit Teilreflexionsfilmen 1003 mit unterschiedlichem Teilreflexionsvermögen ermöglicht ist, auf einfache Weise Resonatoren mit unterschiedlichen Teilreflexionsvermögen zu bilden.
  • Ferner kann gemäß 25 und 26 durch das Einstellen der relativen Dicke der ringförmigen Spiegelunterlage 1001 und der damit kombinierbaren Spiegelunterlage 1002 an Stufen 1005 und 1006 eine Phasendifferenz zwischen einem von der ringförmigen Spiegelunterlage 1001 abgegebenen Laserstrahlanteil und einem von der Spiegelunterlage 1002 abgegebenen Laserstrahlanteil gesteuert werden.
  • 11. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem ersten Vergleichsbeispiel das Reflexionsvermögen des Auskoppelungsspiegels 2 lediglich dasjenige des Teilreflexionsfilms 11c ist, kann die gleiche Wirkung auch gemäß 27(a) und 27(b) durch Ausbilden von Teilreflexionsfilmen 1101, 1102, 1103 und 1104 mit unterschiedlichem Reflexionsvermögen in mehrstufiger Weise erzielt werden. Die gleiche Wirkung kann auch dadurch erzielt werden, dass gemäß 28 längs des Umfangsrandes des Teilreflexionsfilms 11c ein ringförmiger Teilreflexionsfilm 1105 mit einem Intensitäts-Reflexionsvermögen ausgebildet wird, das von demjenigen des Films 11c verschieden ist. Darüberhinaus kann gemäß 29 anstelle des Teilreflexionsfilms 1105 ein ringförmiger Totalreflexionsfilm 1106 verwendet werden, wodurch die gleiche Wirkung erzielt wird.
  • Ferner kann die gleiche Wirkung dann erzielt werden, wenn gemäß 30 an dem Teilreflexionsfilm 11c des Auskoppelungsspiegels 2 mittig ein Totalreflexionsfilm 1107 gebildet wird. Obgleich die Funktion eines derartigen Auskoppelungsspiegels die gleiche wie bei dem ersten Vergleichsbeispiel ist, wird ein Vorteil insofern erzielt, als die Laserausgangsleistung verbessert werden kann, da es möglich ist, den Modebereich zu erweitern.
  • 12. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem ersten Vergleichsbeispiel an dem Auskoppelungsspiegel 2 der Teilreflexionsfilm 11c ausgebildet ist, der den Modus bestimmt, kann gemäß 31 anstelle des Teilreflexionsfilms 11c ein dünner Metallfilm 1201 verwendet werden, wodurch die gleiche Wirkung erzielbar ist. Die Dicke des dünnen Metallfilms 1201 ist jedoch beschränkt. Es ist erforderlich, die Dicke dieses Dünnfilms auf einen Wert einzustellen, der nicht höher als die Dicke ist, bei der das Metall einen Hauteffekt zu zeigen beginnt. Beispielsweise ist es im Falle eines CO2-Lasersystems erforderlich, die Dicke des dünnen Metallfilms 1201 auf einen Wert einzustellen, der nicht größer als einige nm ist. Bei einer solchen Einstellung entsteht kaum irgendeine Phasendifferenz zwischen den Laserstrahlanteilen, die durch den dünnen Metallfilm 1201 bzw. durch den Antireflexionsfilm 12a hindurchtreten. Daher erübrigt sich eine Phasenkorrekturvorrichtung.
  • 13. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem vorangehend beschriebenen ersten Vergleichsbeispiel der Resonator einen Laserstrahl im Modus TEM00 erzeugt, kann ein Strahl in einem Mehrfachmodus niedriger Ordnung mit großer Querschnittsfläche dadurch erzeugt werden, dass der Durchmesser des in 1 gezeigten Teilreflexionsfilms 11c größer als der Durchmesser für den Modus TEM00 gemacht wird. In 32 ist die Intensitätsverteilung eines Laserstrahls beispielsweise im Modus TEM00* mit großer Querschnittsfläche dargestellt. Der Einsatz eines solchen Laserstrahls ermöglicht es, mit diesem eine dicke Platte zu schneiden.
  • 14. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem vorangehenden dreizehnten Vergleichsbeispiel ein Mehrfachmodus niedriger Ordnung mit großer Querschnittsfläche dadurch herbeigeführt werden kann, dass der Durchmesser des Teilreflexionsfilms 11c größer als derjenige bei dem Modus TEM00 gemacht wird, kann gemäß 33 auf dem Antireflexionsfilm 12a koaxial ein ringförmiger Teilreflexionsfilm 1401 ausgebildet werden, wodurch dieser Mehrfachmodus niedriger Ordnung gleichfalls hervorgerufen werden kann. Wenn ferner innerhalb eines ringförmigen Teilreflexionsfilms 1402 ein Teilreflexionsfilm 1403 mit geringerem Reflexionsvermögen als dieser angeordnet wird, kann ein Laserstrahl im Mehrfachmodus niedriger Ordnung mit großer Querschnittsfläche erzeugt werden. Da bei diesem Lasersystem das Reflexionsvermögen des bei dem Erzeugen des Laserstrahls im Modus TEM00 eine wichtige Rolle spielenden mittigen Teils des Auskoppelungsspiegels 2 geringer als dasjenige des Umfangsbereichs gewählt ist, wird der Laserstrahl im Multimodus niedriger Ordnung leichter erzeugt als im Modus TEM00.
  • Ferner kann diese gleiche Wirkung auch dann erzielt werden, wenn gemäß 35 zwei ringförmige Teilreflexionsfilme 1404 und 1405 koaxial angebracht werden. Die gleiche Wirkung ist auch dann erzielbar, wenn mehrere ringförmige Teil- oder Totalreflexionsfilme innerhalb oder außerhalb zueinander angeordnet werden.
  • 15. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem ersten Vergleichsbeispiel die Grenzfläche zwischen dem Teilreflexionsfilm 11c und dem Antireflexionsfilm 12a, die beide an der den Resonator bildenden Seite des Auskoppelungsspiegels 2 gebildet sind, annähernd horizontal in bezug auf die Achse des Auskoppelungsspiegels liegt, kann die Grenzfläche gemäß der Darstellung in 36(a) und 36(b) jeweils einen bestimmten, in bezug auf die Achse schrägen Abschnitt 1501 bzw. gekrümmten Abschnitt 1502 haben. Auch in diesem Fall kann die gleiche Wirkung wie die vorstehend beschriebene erzielt werden.
  • Obgleich gemäß der Darstellung in 37(a) der bei dem ersten Vergleichsbeispiel verwendete Teilreflexionsfilm 11c kreisförmig ist, stellt dies keine Einschränkung dar. Vielmehr kann die vorangehend beschriebene Wirkung auch dann erzielt werden, wenn gemäß 37(b), 38, 39(a) und 39(b) der Teilreflexionsfilm 11c eine Form hat, die von einem Kreis verschieden ist. Die Funktion von derartigen Auskoppelungsspiegeln ist die gleiche wie bei dem ersten Vergleichsbeispiel, wobei ein Vorteil insofern erzielt werden kann, dass die Laserausgangsleistung verbessert werden kann, da es möglich ist, den Modebereich zu erweitern.
  • 16. Vergleichsbeispiel
  • Bei diesem Vergleichsbeispiel wird auf den Zusammenhang zwischen der Strahlqualität und der Genauigkeit des Intensitäts-Reflexionsvermögens des Antireflexionsfilms 12a als Bestandteil des Auskoppelungsspiegels 2 Bezug genommen. Vom Standpunkt der Herstellungsgenauigkeit her hat der Antireflexionsfilm 12a ein geringes Reflexionsvermögen. Daher wurde im Zusammenhang mit der Erfindung eine Untersuchung hinsichtlich eines zulässigen Bereichs des Reflexionsvermögens des Antireflexionsfilms 12a in dem Resonator gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel ausgeführt. Die 40 ist eine grafische Darstellung, die die Ergebnisse einer Untersuchung hinsichtlich der Abhängigkeit der Strahlqualität von dem Reflexionsgrad des Antireflexionsfilms 12a zeigt. In dieser grafischen Darstellung ist die Strahlqualität auf der Ordinatenachse aufgetragen und das Reflexionsvermögen des Antireflexionsfilms 12a ist auf der Abszissenachse aufgetragen. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass die Strahlqualität schlechter zu werden beginnt, wenn das Reflexionsvermögen des Antireflexionsfilms 12a etwa 5% übersteigt. D.h., wenn das Reflexionsvermögen des Antireflexionsfilms 12a auf einen Wert eingestellt wird, der nicht höher als 5% ist, kann immer eine gute Strahlqualität aufrecht erhalten werden.
  • 17. Vergleichsbeispiel
  • Bei dem als erstes Vergleichsbeispiel beschriebenen Resonator stimmt die Phasenverteilung des Laserstrahls 6 im Resonator nahezu mit dem Krümmungsradius des Auskoppelungsspiegels 2 an dessen Oberfläche überein. Daher erweitert sich im Falle der Verwendung eines stabilen Resonators der aus dem Resonator abgegebene Laserstrahl 7 hinsichtlich seines Durchmessers auf die in 41 dargestellte Weise.
  • Die 42 zeigt ein Lasersystem mit einem Auskoppelungsspiegel 1701, mit dem diese Erweiterung des Strahlendurchmessers verhindert ist. Der Auskoppelungsspiegel 1701 ist derart geformt, dass die den Resonator bildende Seite desselben und die entgegengesetzte Seite desselben voneinander verschiedene Krümmungsradien haben, wodurch es ermöglicht, ist, dass der Auskoppelungsspiegel 1701 auch die Funktion einer Linse erhält und dadurch der aus diesem Auskoppelungsspiegel abgegebene Laserstrahl 7 als Parallelstrahlenbündel erhalten werden kann.
  • Ferner ist es gemäß 43 auch möglich, als Laserstrahl 7 konvergierende Strahlen dadurch zu erhalten, dass der Krümmungsradius an der abgewandten Seite eines Auskoppelungsspiegels 1702 noch kleiner gemacht wird.
  • 18. Ausführungsbeispiel
  • Die 44 ist eine ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellende Schnittansicht, in der mit 1801 ein konkaver Reflexionsspiegel bezeichnet ist, der wie der Totalreflexionsspiegel 1 bei dem ersten Vergleichsbeispiel einem Auskoppelungsspiegel 2 gegenübergesetzt angeordnet ist, während mit 1802 ein auf dem Reflexionsspiegel 1801 ausgebildeter Totalreflexionsfilm bezeichnet ist. Mit 1803 ist ein koaxial zu dem Totalreflexionsfilm 1802 an dem Reflexionsspiegel 1801 angebrachter ringförmiger Teilreflexionsfilm bezeichnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Modus sowohl durch den Teilreflexionsfilm 11c des Auskoppelungsspiegels 2 als auch durch den Totalreflexionsfilm 1802 des Reflexionsspiegels 1801 bestimmt.
  • Ein durch den Teilreflexionsfilm 1803 hindurchtretender Anteil des Laserstrahls wird für das Festlegen von verschiedenerlei Laserkennwerten herangezogen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird genau die gleiche Wirkung wie bei dem vorangehenden ersten Vergleichsbeispiel erzielt. Der Modus in dem Resonator wird sowohl durch den Teilreflexionsfilm 11c des Auskoppelungsspiegels 2 als auch durch den Totalreflexionsfilm 1802 des Reflexionsspiegels 1801 bestimmt und der Laserverstärkungsbereich, der bei dem herkömmlichen Resonator nicht genutzt wurde, kann außerordentlich wirkungsvoll für das Verstärken des Laserstrahls 6 genutzt werden. Infolgedessen ist es möglich, einen Laserstrahl im Modus TEM00 mit einer größeren Querschnittsfläche als die dem durch den Resonatoraufbau bestimmten Strahldurchmesser entsprechende herauszuführen, was bisher nicht möglich war.
  • 19. Ausführungsbeispiel
  • Während bei dem vorangehenden achtzehnten Ausführungsbeispiel der Modus durch den Totalreflexionsfilm 1802 des dem Auskoppelungsspiegel 2 gegenübergesetzten konkaven Reflexionsspiegels 1801 bestimmt wird, kann der Modus in dem Resonator statt durch den konkaven Reflexionsspiegel 1801 durch zweierlei Spiegel bestimmt werden, nämlich gemäß 45 durch einen Teilreflexionsspiegel 1901, der einen Teilreflexionsfilm 1902 und einen Antireflexionsfilm 1903 hat, und einen Totalreflexionsspiegel 1904. Auch in diesem Fall kann die gleiche Wirkung wie die vorstehend beschriebene erzielt werden.
  • Weiterhin kann diese Wirkung dadurch erzielt werden, dass gemäß 46 statt des Auskoppelungsspiegels 2 bei dem in 45 dargestellten Lasersystem ein Auskoppelungsspiegel mit einem Teilreflexionsspiegel 11 benutzt wird.
  • 20. Vergleichsbeispiel
  • In 47 ist ein stabiler Resonator dargestellt, der durch einen Auskoppelungsspiegel 2 und einen diesem gegenübergesetzt angeordneten Spiegel 40 mit Teildurchlässigkeit gebildet ist. In dieser Figur sind Teile, die denjenigen in den in 3 gezeigten herkömmlichem Lasersystem gleich oder gleichartig sind, mit den gleichen Bezugszeichen wie in 3 bezeichnet und ihre Erläuterung ist daher weggelassen. Dieses dermaßen gestaltete zwanzigste Vergleichsbeispiel ergibt die gleiche Wirkung wie das erste Vergleichsbeispiel. Bei dem zwanzigsten Vergleichsbeispiel ist der Spiegel 40 mit der Teildurchlässigkeit anstelle des bei dem ersten Vergleichsbeispiel benutzten Totalreflexionsspiegels eingesetzt. Falls beispielsweise das Reflexionsvermögen des Spiegels 40 auf 99% eingestellt ist, wird aus dem Resonator heraus ein Laserstrahl mit 1% Intensität abgegeben. Daher ermöglicht es die Nutzung dieses Laserstrahls bei der Messung der Laserausgangsleistung, diese Messung außerordentlich zu vereinfachen und zu erleichtern.
  • 21. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem in 11 dargestellten fünften Vergleichsbeispiel als die den Resonator bildenden Spiegel der Auskoppelungsspiegel 2 und der Totalreflexionsspiegel 1 verwendet werden, kann gemäß 48 anstelle des Totalreflexionsspiegels 1 ein Spiegel 50 mit Teildurchlässigkeit eingesetzt werden. Bei diesem Vergleichsbeispiel wird die gleiche Wirkung wie bei dem fünften Vergleichsbeispiel erzielt, wobei dann, wenn das Reflexionsvermögen des Spiegels 50 auf 99% eingestellt wird, aus dem Resonator ein Laserstrahl mit 1% Intensität abgegeben wird. Bei der Verwendung dieses Laserstrahls wird die Messung der Laserausgangsleistung außerordentlich vereinfacht und erleichtert.
  • 22. Vergleichsbeispiel
  • Bei dem in 23 dargestellten neunten Vergleichsbeispiel wurde erläutert, dass die Strahlqualität in dem durch den Auskoppelungsspiegel und den Totalreflexionsspiegel gebildeten Resonator schlechter wird, wenn der Durchmesser der Blende 3 das Vierfache des Durchmessers des Teilreflexionsfilms 11c übersteigt. Dieses Merkmal gilt aber auch in dem Fall, dass anstelle des Totalreflexionsspiegels ein Spiegel mit Teildurchlässigkeit verwendet wird. Wenn bei diesem Vergleichsbeispiel das Reflexionsvermögen des Spiegels auf beispielsweise 99% eingestellt ist, wird aus dem Resonator ein Laserstrahl mit 1% Intensität abgegeben. Daher ermöglicht die Nutzung dieses Laserstrahls bei der Messung der Laserausgangsleistung, diese Messung außerordentlich zu vereinfachen und zu erleichtern.
  • 23. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem zwanzigsten Vergleichsbeispiel kein Spiegelwinkel-Einstellmechanismus für die den Resonator bildenden Spiegel 40 und 2 vorgesehen ist, kann gemäß 49 bis 51 der Auskoppelungsspiegel 2 und/oder der andere Spiegel 40 des Resonators mit einem Spiegelwinkel-Einstellmechanismus 2302 bzw. 2301 versehen sein. Diese Gestaltung ist für ein Lasersystem wirkungsvoll, bei dem mit einer Erhöhung der aufgebrachten Leistung die Lage und die Richtung des abgegebenen Laserstrahls 7 abweichen. Sobald die aufgebrachte Leistung ansteigt, wird der Spiegelwinkel-Einstellmechanismus 2301 oder 2302 derart betätigt, dass die Abweichungen hinsichtlich der Lage und der Richtung des abgegebenen Laserstrahls 7 korrigiert werden, wodurch ein Lasersystem erzielt wird, das hinsichtlich der Stabilität des Laserstrahls außerordentlich überlegen ist.
  • Die gleiche Wirkung kann auch dann erzielt werden, wenn der Auskoppelungsspiegel 2 und/oder der andere Spiegel 50 des bei dem in 48 dargestellten einundzwanzigsten Vergleichsbeispiel beschriebenen Resonators jeweils mit einem Spiegelwinkel-Einstellmechanismus 2302 oder 2301 ausgestattet ist.
  • 24. Ausführungsbeispiel
  • Die 52 ist eine Schnittansicht des vierundzwanzigsten Ausführungsbeispiels, in der mit 130 ein einem Auskoppelungsspiegel 2 gegenübergesetzter konkaver Reflexionsspiegel bezeichnet ist, mit 131 ein auf dem Reflexionsspiegel 130 ausgebildeter Totalreflexionsfilm bezeichnet ist und mit 132 ein koaxial mit dem Totalreflexionsfilm 131 angeordneter ringförmiger Teilreflexionsfilm bezeichnet ist. Die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten anderen Elemente sind denjenigen in dem in 3 dargestellten herkömmlichen Lasersystem gleich oder gleichartig, so dass sie mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und deren Erläuterung weggelassen wird.
  • Bei dem Lasersystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ähnlich wie bei dem ersten Vergleichsbeispiel der Modus in dem Resonator durch den Totalreflexionsfilm 131 des Spiegels 130 bestimmt. Wie bei dem zwanzigsten bis zweiundzwanzigsten Vergleichsbeispiel wird ein durch den Teilreflexionsfilm 132 durchgelassener Anteil des Laserstrahls zum Messen von verschiedenen Laserkennwerten benutzt.
  • Die bei diesem vierundzwanzigsten Ausführungsbeispiel erzielte Wirkung ist die gleiche wie die bei dem ersten Vergleichsbeispiel erzielte. Der Modus in dem Resonator wird durch den Totalreflexionsspiegel 131 des Spiegels 130 bestimmt und zum Verstärken des Laserstrahls 6 kann wirkungsvoll derjenige Laserverstärkungsbereich genutzt werden, der bei dem herkömmlichen Resonator nicht verwendet wird. Infolgedessen kann ein Laserstrahl im Modus TEM00 mit einer Querschnittsfläche herausgeleitet werden, die größer als die des Strahls mit dem durch die Gestaltung des Resonators bestimmten Durchmesser ist, was bisher nicht möglich war.
  • 25. Ausführungsbeispiel
  • Während bei dem vorangehenden vierundzwanzigsten Ausführungsbeispiel kein Spiegelwinkel-Einstellmechanismus für die den Resonator bildenden Spiegel 130 und 2 vorgesehen ist, kann gemäß 53 bis 55 der Auskoppelungsspiegel 2 und/oder der Spiegel 130 jeweils mit einem Spiegelwinkel-Einstellmechanismus 2502 bzw. 2501 versehen sein. Diese Gestaltung ist für ein Lasersystem wirkungsvoll, bei dem mit einem Anstieg der aufgebrachten Leistung die Lage und die Richtung des Laserstrahls 7 abweichen. Im einzelnen wird dann, wenn die aufgebrachte Leistung ansteigt, der Spiegelwinkel-Einstellmechanismus 2501 oder 2502 zum Korrigieren der Lage- und Richtungsabweichungen des abgegebenen Laserstrahls 7 betätigt, wodurch ein Lasersystem erzielbar ist, das hinsichtlich der Stabilität des Laserstrahls außerordentlich überlegen ist.
  • 26. Ausführungsbeispiel
  • Das vorangehende vierundzwanzigste Ausführungsbeispiel wurde unter der Annahme beschrieben, dass die Dicken des Totalreflexionsfilms 131 und des Teilreflexionsfilms 132 einander gleich sind und dass bei der Reflexion keine Phasendifferenz infolge eines Unterschieds des Filmaufbaus entsteht. Im Allgemeinen sind jedoch meistens die Dicken der Filme 131 und 132 voneinander verschieden und es entsteht bei der Reflexion infolge eines Unterschieds hinsichtlich der Filmgestaltung eine Phasendifferenz. Daher kann beim Auftreten einer Phasendifferenz der Totalreflexionsfilm 131 gemäß 56(a) oder 56(b) derart ausgebildet werden, dass die Phasendifferenz Δ ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist. Durch das Ausbilden des Stufenbereichs 133 ist es möglich, eine Phasendifferenz zwischen dem durch den Totalreflexionsfilm 131 reflektierten Laserstrahl 6 und dem durch den Teilreflexionsfilm 132 reflektierten aufzuheben.
  • 27. Ausführungsbeispiel
  • Während bei dem vorstehenden sechsundzwanzigsten Ausführungsbeispiel der Stufenbereich 133 derart ausgebildet ist, dass zum Kompensieren die Phasendifferenz Δ ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist, kann die Phasendifferenz durch geeignetes Einstellen der Dicken des Stufenbereichs, des Teilreflexionsfilms 132 oder des Totalreflexionsfilms 131 gesteuert werden, um dadurch die Qualität des Laserstrahls 7 zu verbessern.
  • 28. Ausführungsbeispiel
  • Während bei dem sechsundzwanzigsten Ausführungsbeispiel der Reflexionsspiegel 130 mit einer Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung, nämlich dem Stufenbereich 133 versehen ist, kann gemäß 57(a), 57(b), 58(a) oder 58(b) an dem anderen Spiegel, der zusammen mit dem Spiegel 130 einen Resonator bildet, nämlich an einem Auskoppelungsspiegel 2801, 2803, 2805 oder 2807 der Teilreflexionsfilm 11 oder der Antireflexionsfilm 12b mit einem Stufenabschnitt 2802, 2804, 2806 oder 2808 als Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung derart ausgebildet werden, dass die Phasendifferenz Δ ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist. Diese Gestaltung ergibt wie bei dem sechsundzwanzigsten Ausführungsbeispiel eine Verbesserung der Strahlqualität.
  • 29. Ausführungsbeispiel
  • Während bei dem vorangehenden achtundzwanzigsten Ausführungsbeispiel die Phasendifferenz Δ an dem Auskoppelungsspiegel auf ein ganzzahliges Vielfaches von 2π eingestellt wird, kann zum Verbessern der Qualität des Laserstrahls 7 die Phasendifferenz durch geeignetes Einstellen der Dicke des Stufenbereichs 2802, 2804, 2806 oder 2808, des Teilreflexionsfilms 11 oder des Antireflexionsfilms 12b gesteuert werden.
  • 30. Ausführungsbeispiel
  • Während bei dem sechsundzwanzigsten bis neunundzwanzigsten Ausführungsbeispiel eine Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung oder eine Phasendifferenz-Steuervorrichtung in dem Resonator angeordnet ist, kann statt dessen gemäß 59 eine Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung 3001 außerhalb des Resonators zum Steuern der Phasendifferenz eines Laserstrahls 3003 angeordnet werden, wodurch die vorstehend beschriebene Wirkung erzielbar ist.
  • Ferner kann die Phasendifferenz eines Laserstrahls 3006 mittels einer in 60 dargestellten Gestaltung gesteuert werden, bei der unterteilte Totalreflexionsspiegel 3004a und 3004b außerhalb des Resonators angeordnet sind. In diesem Fall wird einer der Teilspiegel mittels eines Stellglieds 3005, z.B. eines piezoelektrischen Elements als Phasendifferenz-Steuervorrichtung verstellt, um eine Dickendifferenz zwischen den Totalreflexionsspiegeln 3004a und 3004b einzustellen.
  • 31. Vergleichsbeispiel
  • Die 61 ist eine Schnittansicht des einunddreißigsten Vergleichbeispiels, in der mit 150 ein ringförmiger Antireflexionsfilm bezeichnet ist, der an der einem Totalreflexionsspiegel 1 zugewandten Seite eines Auskoppelungsspiegels 2 ausgebildet ist. Die bei diesem Vergleichsbeispiel verwendeten anderen Bauteile sind denjenigen in dem herkömmlichen Lasersystem gleich oder gleichartig, so dass sie mit den gleichen Bezugszeichen wie bei dem herkömmlichen System bezeichnet werden und ihre Erläuterung weggelassen wird.
  • Es wird nun die Funktion dieses Vergleichsbeispiels beschrieben. Bei dem Lasersystem gemäß diesem Vergleichsbeispiel wirkt ähnlich wie bei dem ersten Vergleichsbeispiel die innerhalb des ringförmigen Antireflexionsfilms 150 liegende Fläche des Auskoppelungsspiegels 2 als Teilreflexionsteil. Daher bestimmt an dem Auskoppelungsspiegel 2 die Unterlage selbst den Modus in dem Resonator.
  • Auf diese Weise kann durch das Wählen eines Modus in dem Resonator wie bei dem ersten Vergleichsbeispiel unter Nutzung der innerhalb des ringförmigen Antireflexionsfilms 150 liegenden Oberfläche des Auskoppelungsspiegels 2 der Laserverstärkungsbereich, der bei dem herkömmlichen Resonator ungenutzt war, auf außerordentlich wirkungsvolle Weise zum Verstärken des Laserstrahls 6 herangezogen werden. Infolgedessen ist das bisher nicht mögliche Herausleiten eines Laserstrahls im Modus TEM00 mit einer Querschnittsfläche ermöglicht, die größer als der durch den Resonatoraufbau bestimmte Strahldurchmesser ist.
  • 32. Vergleichsbeispiel
  • Die 62 zeigt das zweiunddreißigste Vergleichsbeispiel, bei dem der bei dem einunddreißigsten Vergleichsbeispiel verwendete Auskoppelungsspiegel 2 mit einer Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung versehen ist. Im einzelnen ist der Auskoppelungsspiegel 2 mit einem Stufenbereich 160 an der dem Antireflexionsfilm 150 gegenüberliegenden Seite ausgestaltet, wodurch wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel die Qualität des aus dem Resonator ausgegebenen Laserstrahls 7 verbessert ist.
  • Während bei diesem Vergleichsbeispiel der mittige Teil des Auskoppelungsspiegels 2 an der dem Antireflexionsfilm 150 gegenüberliegenden Seite zum Bilden des Stufenbereichs 160 als Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung vorspringt, kann statt dessen gemäß 63 der Stufenbereich 160 durch Einschneiden des mittigen Teils an der dem Antireflexionsfilm 150 gegenüberliegenden Seite des Auskoppelungsspiegels 2 gebildet werden. In diesem Fall wird der Stufenbereich 160 derart geformt, dass die Phasendifferenz Δ des Laserstrahls 7 ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist.
  • Die Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung ist nicht auf die bei dem zweiunddreißigsten Vergleichsbeispiel dargestellte eingeschränkt. Gemäß der Darstellung in 64(a) oder 64(b) kann ein Stufenbereich 161 an der Seite des Antireflexionsfilms 150 des Auskoppelungsspiegels 2 derart ausgebildet sein, dass die Phasendifferenz Δ ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist.
  • Ferner können gemäß 65(a) oder 65(b) Stufenbereiche 162 und 163 an beiden Seiten des Auskoppelungsspiegels 2 derart ausgebildet sein, dass die Phasendifferenz a des aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahls 7 ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist.
  • Während bei diesem Vergleichsbeispiel zum Ausgleichen der Phasendifferenz Δ des Laserstrahls 7 an dem Auskoppelungsspiegel 2 mindestens ein Stufenbereich ausgebildet ist, stellt dies keine Einschränkung dar. Die gleiche Wirkung ist auch dann erzielbar, wenn gemäß 66 die Dicke des Antireflexionsfilms 150 derart gewählt wird, dass sich eine Phasendifferenz Δ des Laserstrahls 7 ergibt, die gleich einem ganzzahligen vielfachen von 2π ist.
  • 33. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem in 61 dargestellten einunddreißigsten Vergleichsbeispiel der Auskoppelungsspiegel 2 und der Totalreflexionsspiegel 1 als Spiegel verwendet sind, die den Resonator bilden, kann gemäß 67 anstelle des Totalreflexionsspiegels 1 ein Spiegel 180 mit Teildurchlässigkeit verwendet werden. Bei dem in dieser Figur dargestellten Vergleichsbeispiel wird die gleiche Wirkung wie bei dem einunddreißigsten Vergleichsbeispiel erzielt. Wenn ferner das Reflexionsvermögen des Spiegels 180 auf beispielsweise 99% gewählt wird, wird aus dem Resonator ein Laserstrahl mit 1% Intensität abgegeben. Daher ermöglicht die Verwendung dieses Laserstrahls bei der Messung von Laserausgangsleistungen, die Messung außerordentlich zu vereinfachen und zu erleichtern.
  • 34. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem in 62 dargestellten zweiunddreißigsten Vergleichsbeispiel die den Resonator bildenden Spiegel der Auskoppelungsspiegel 2 und der Totalreflexionsspiegel 1 sind, kann gemäß 68 anstelle des Totalreflexionsspiegels 1 ein Spiegel 190 mit Teilreflexion verwendet werden. Es wird die gleiche Wirkung wie bei dem zweiunddreißigsten Vergleichsbeispiel erzielt. Wenn das Reflexionsvermögen des Spiegels 190 auf beispielsweise 99% eingestellt wird, wird aus dem Resonator ein Laserstrahl mit 1% Intensität abgegeben. Daher wird bei der Verwendung dieses Laserstrahls bei der Messung der Laserausgangsleistung die Messung stark vereinfacht und erleichtert.
  • 35. Ausführungsbeispiel
  • Während bei dem in 45 dargestellten neunzehnten Ausführungsbeispiel kein Spiegelwinkel-Einstellmechanismus für die den Resonator bildenden Spiegel 1904 und 2 vorgesehen ist, kann gemäß 69 bis 71 mindestens einer der Spiegel 2 und 1904 des Resonators jeweils mit einem Spiegelwinkel-Einstellmechanismus 3502 bzw. 3501 versehen sein. Diese Gestaltung ist beispielsweise für ein Lasersystem wirkungsvoll, bei dem die Lage und die Richtung des abgegebenen Laserstrahls 7 abweichen, sobald die aufgebrachte Leistung ansteigt. Wenn durch Betätigen des Spiegelwinkel-Einstellmechanismus 3501 oder 3502 mit einem Anstieg der aufgebrachten Leistung diese Lage- und Richtungsabweichungen des abgegebenen Laserstrahls 7 korrigiert werden, ist ein hinsichtlich der Stabilität des Laserstrahls außerordentlich überlegenes Lasersystem erzielbar. Wenn der in 69 bis 71 gezeigte Spiegelwinkel-Einstellmechanismus bei dem in 46 dargestellten Lasersystem gemäß dem neunzehnten Ausführungsbeispiel angebracht wird, ist die gleiche Wirkung erzielbar.
  • 36. Ausführungsbeispiel
  • Bei dem in 46 dargestellten neunzehnten Ausführungsbeispiel ist eine zwischen den jeweils von dem Totalreflexionsspiegel 1904 und dem Teilreflexionsspiegel 1901 reflektierten Laserstrahlanteilen entstehende Phasendifferenz nicht kompensiert, während gemäß 72(a), 72(b), 73(a) und 73(b) an dem Teilreflexionsfilm 1902 oder dem Antireflexionsfilm 1903 eines jeweiligen Teilreflexionsspiegels 3601, 3603, 3605 oder 3607 ein Stufenabschnitt 3602, 3604, 3606 oder 3608 derart ausgebildet ist, dass die Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Totalreflexionsspiegel 1904 und dem Teilreflexionsspiegel reflektierten Laserstrahlanteilen ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist, wodurch die Phasendifferenz durch die Stufenabschnitte aufgehoben werden kann.
  • 37. Ausführungsbeispiel
  • Während bei dem sechsunddreißigsten Ausführungsbeispiel die Phasendifferenz Δ durch den Stufenbereich 3602, 3604, 3606 oder 3608 derart kompensiert wird, dass die Phasendifferenz ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist, kann die Phasendifferenz durch geeignetes Einstellen der Dicke des Stufenabschnitts, des Teilreflexionsfilms 1902 oder des Antireflexionsfilms 1903 derart gesteuert werden, dass dadurch die Strahlqualität verbessert wird.
  • 38. Ausführungsbeispiel
  • Während bei dem sechsunddreißigsten Ausführungsbeispiel der jeweilige Teilreflexionsspiegel mit einer Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung versehen ist, kann mit einer solchen stattdessen ein anderer Spiegel ausgestattet werden, der zusammen mit dem Totalreflexionsspiegel 1904 einen Resonator bildet. Im einzelnen können gemäß 74(a), 74(b), 75(a) oder 75(b) in dem Antireflexionsfilm 12 oder dem Teilreflexionsfilm 11 eines jeweiligen Auskoppelungsspiegels 3801, 3803, 3805 oder 3807 Stufenbereiche 3802 und 3804 oder 3806 und 3808 derart ausgebildet sein, dass die Phasendifferenz Δ ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist. Diese Gestaltung erlaubt eine Verbesserung der Strahlqualität wie bei dem sechsunddreißigsten Ausführungsbeispiel.
  • 39. Ausführungsbeispiel
  • Während bei dem achtunddreißigsten Ausführungsbeispiel die Phasendifferenz Δ durch die Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung an dem jeweiligen Auskoppelungsspiegel derart kompensiert wird, dass die Phasendifferenz ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist, kann zum Verbessern der Qualität des Laserstrahls 7 die Phasendifferenz durch geeignetes Einstellen der Dicke des jeweiligen Stufenbereichs 3802, 3804, 3806 oder 3808, des Teilreflexionsfilms 11 oder des Antireflexionsfilms 12 gesteuert werden.
  • 40. Ausführungsbeispiel
  • Während bei dem sechsunddreißigsten bis neununddreißigsten Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zum Korrigieren oder Steuern der Phasendifferenz in dem Resonator angeordnet ist, ist gemäß 76 eine Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung 4001 zum Kompensieren der Phasendifferenz eines Laserstrahls 4003 außerhalb des Resonators angeordnet. Auch in diesem Fall kann die gleiche Wirkung wie die vorangehend beschriebene erzielt werden.
  • Alternativ kann eine Anordnung gemäß 77 verwendet werden, bei der außerhalb des Resonators unterteilte Totalreflexionsspiegel 4004a und 4004b angeordnet sind und einer der Teilspiegel mittels eines Stellgliedes 4005 wie beispielsweise eines piezoelektrischen Elementes als Phasendifferenz-Steuervorrichtung zum Einstellen der Differenz hinsichtlich der Dicke zwischen den Totalreflexionsspiegeln 4004a und 4004b und dadurch zum Steuern der Phasendifferenz eines Laserstrahls 4006 verstellt wird.
  • 41. Vergleichsbeispiel
  • Die 78 ist eine Schnittansicht, die das einundvierzigste Vergleichsbeispiel darstellt. In dieser Figur sind mit 4101 ein ringförmiger Spiegel, der in einen durch einen Teilreflexionsspiegel 2 und einen Totalreflexionsspiegel 1 gebildeten stabilen Resonator eingefügt ist, mit 4102 ein Durchlaßfenster, mit 4103a und 4103b Antireflexionsfilme, die an den beiden Seiten des Durchlaßfensters 4102 ausgebildet sind, mit 4104 ein Planspiegel und mit 7a und 7b jeweils aus dem Resonator abgegebene Laserstrahlen bezeichnet. In 78 sind gleiche Elemente wie die bei dem in 3 dargestellten herkömmlichen Lasersystem mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren Erläuterung wird weggelassen.
  • Die Funktion des Lasersystems gemäß diesem Vergleichsbeispiel ist nahezu die gleiche wie die bei dem ersten Vergleichsbeispiel. Der ringförmige Spiegel 4101 bestimmt den Modus in dem Resonator.
  • Im einzelnen erfolgt das Bestimmen des Modus durch den Innendurchmesser des ringförmigen Spiegels 4101, wobei der bei dem herkömmlichen Lasersystem nach 3 ungenutzte Laserverstärkungsbereich außerordentlich wirkungsvoll für die Verstärkung des Laserstrahls 6 genutzt werden kann.
  • Da darüberhinaus bei diesem Vergleichsbeispiel der von dem ringförmigen Spiegel 4101 reflektierte und durch die Antireflexionsfilme 4103a und 4103b des Durchlaßspiegels 4102 abgegebene Laserstrahl 7b von dem über den Teilreflexionsspiegel 2 abgegebenen Laserstrahl 7a gesondert ist, ist es beispielsweise möglich, gleichzeitig mit einem einzigen Lasersystem zweierlei Arten von Laserbearbeitungen auszuführen.
  • 42. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem einundvierzigsten Vergleichsbeispiel ein als den Resonator bildender Spiegel 1 verwendeter Totalreflexionsspiegel einen festen Krümmungsradius hat, kann gemäß 79 anstelle des Totalreflexionsspiegels 1 ein Spiegel 4201 mit einem Krümmungsänderungsmechanismus 4202 verwendet werden. In diesem Fall ist es durch das Ändern des Krümmungsradius des Spiegels 4201 mittels des Krümmungsänderungsmechanismus 4202 ermöglicht, einen Modus des in dem Resonator erzeugten Laserstrahls 6 frei zu wählen.
  • 43. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem einundvierzigsten Vergleichsbeispiel die den Resonator bildenden Spiegel 1 und 2 nicht mit einem Spiegelwinkel-Einstellmechanismus versehen sind, kann gemäß 80 bis 82 zumindest einer der Spiegel 1 und 2 jeweils mit einem Spiegelwinkel-Einstellmechanismus 4301 oder 4302 versehen werden. Diese Gestaltung ist beispielsweise bei einem Lasersystem wirkungsvoll, bei dem mit zunehmender aufgebrachter Leistung die Laserstrahlen 7a und 7b hinsichtlich ihrer Abstrahlungslage und Richtung abweichen. Durch das dem Anstieg der aufgebrachten Leistung entsprechende Betätigen des Spiegelwinkel-Einstellmechanismus 4301 und/oder 4302 zum Korrigieren dieser Lage- und Richtungsabweichungen der Laserstrahlen 7a und 7b ist es möglich, die Stabilität der Strahlen zu verbessern.
  • 44. Vergleichsbeispiel
  • Die 83 ist eine Schnittansicht des vierundvierzigsten Vergleichsbeispiels. In dieser Figur sind mit 4401 ein Teilreflexionsspiegel, mit 4402 ein auf dem mittigen Teil des Teilreflexionsspiegels 4401 ausgebildeter Teilreflexionsfilm und mit 4403 ein Teilreflexionsfilm als Außenumfangsfilm bezeichnet. Die Krümmungsradien des mittigen Teilreflexionsfilms 4402 und des Teilreflexionsfilms 4403 am Außenumfang sind voneinander verschieden. Der mittige Teilreflexionsfilm 4402 des Teilreflexionsspiegels 4401 und der Totalreflexionsspiegel 1 bilden einen stabilen Resonator. Hinsichtlich der Elemente in 83, die den bei dem herkömmlichen Lasersystem nach 3 eingesetzten gleich, oder gleichartig sind, werden deren Erläuterungen weggelassen.
  • Die Funktion des Lasersystems gemäß diesem Vergleichsbeispiel ist nahezu die gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Der mittige Teilreflexionsfilm 4402 des Teilreflexionsspiegels 4401 bestimmt den Modus in dem Resonator.
  • Durch das Wählen eines Modus in dem Resonator mittels des mittigen Teilreflexionsfilms 4402 des Teilreflexionsspiegels 4401 kann die bei dem herkömmlichen Resonator ungenutzte Laserverstärkung des Außenumfangs-Laserstrahlanteils nahe an dem Teilreflexionsfilm 4403 auf außerordentlich wirkungsvolle Weise für das Verstärken des Laserstrahls 6 genutzt werden.
  • 45. Vergleichsbeispiel
  • Die 84 ist eine Schnittansicht des fünfundvierzigsten Vergleichsbeispiels. In dieser Figur sind mit 4501 ein Totalreflexionsspiegel, mit 4502 ein mittig an dem Totalreflexionsspiegel 4501 angebrachter Totalreflexionsfilm und mit 4503 ein Totalreflexionsfilm als Außenumfangsfilm bezeichnet. Die Krümmungsradien der Filme 4502 und 4503 sind voneinander verschieden. Der mittige Totalreflexionsfilm 4502 und ein Teilreflexionsspiegel 2 bilden einen stabilen Resonator. Diejenigen Elemente nach 84, die den bei dem herkömmlichen Lasersystem nach 3 eingesetzten gleich oder gleichartig sind, werden nicht erläutert.
  • Die Funktion des Lasersystems gemäß diesem Vergleichsbeispiel ist nahezu die gleiche wie diejenige des vierundvierzigsten Vergleichsbeispiels. Der mittige Totalreflexionsfilm 4502 des Totalreflexionsspiegels 4501 bestimmt den Modus in dem Resonator.
  • Durch das Wählen eines Modus in dem Resonator mittels des mittigen Totalreflexionsfilms 4502 des Totalreflexionsspiegels 4501 kann die Laserverstärkung des bei dem herkömmlichen Resonator nicht genutzten Außenumfang-Laserstrahlbereichs nahe an dem Totalreflexionsfilm 4503 auf außerordentlich wirkungsvolle Weise für das Verstärken des Laserstrahls 6 genutzt werden.
  • 46. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem vierundvierzigsten und fünfundvierzigsten Vergleichsbeispiel der Modus durch einen der beiden den Resonator bildenden Spiegel bestimmt wird, kann dies gemäß 85 mittels beider den Resonator bildenden Spiegel erfolgen. Auch in diesem Fall kann die gleiche Wirkung wie die vorstehend beschriebene erzielt werden.
  • 47. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem vierundvierzigsten Vergleichsbeispiel für den einen Bestandteil des Resonators bildenden Teilreflexionsspiegel 4401 kein Spiegelwinkel-Einstellmechanismus vorgesehen ist, kann gemäß 86 bis 88 zumindest einer der Spiegel 1 und 4401 des Resonators mit einem Spiegelwinkel-Einstellmechanismus 4701 bzw. 4702 versehen sein. Diese Gestaltung ist beispielsweise bei einem Lasersystem wirkungsvoll, bei dem mit einem Anstieg der aufgebrachten Leistung die Lage und die Richtung des abgegebenen Laserstrahls 7 abweichen. Durch das Betätigen des Spiegelwinkel-Einstellmechanismus 4701 oder 4702 gemäß dem Anstieg der aufgebrachten Leistung werden diese Lage und Richtungsabweichungen des abgegebenen Laserstrahls 7 korrigiert, wodurch die Stabilität des Laserstrahls verbessert werden kann.
  • Die gleiche Wirkung ist auch durch das Anbringen des bei diesem Vergleichsbeispiel verwendeten Spiegelwinkel-Einstellmechanismus an dem Lasersystem gemäß dem jeweils in 84 und 85 dargestellten fünfundvierzigsten und sechsundvierzigsten Vergleichsbeispiel erzielbar.
  • 48. Vergleichsbeispiel
  • Die 89 zeigt ein Beispiel, bei dem das Lasersystem gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel bei einem Axialströmungs-CO2-Lasersystem verwendet ist. Die Figur zeigt eine Entladungsröhre 4806 aus einem Dielektrikum wie beispielsweise Pyrexglas oder Titanoxid, zwei Leistungszufuhrelektroden 4801 und 4802, die in enger Berührung mit der Außenwand der Entladungsröhre 4806 sind, eine Spannungsquelle 4803 zum Anlegen einer hohen Wechselspannung an die Elektroden 4801 und 4802 und ein Lasermaterial 4. Ferner sind mit 2 ein Auskoppelungsspiegel, mit 11c ein an der den Resonator bildenden Seite des Auskoppelungsspiegels 2 ausgebildeter Teilreflexionsfilm, mit 12a und 12b Antireflexionsfilme, mit 1 ein Totalreflexionsspiegel, mit 6 und 7 Laserstrahlen, mit 4804 ein Kühlwassereinlass, mit 4805 ein Kühlwasserauslass und mit 5 ein Gehäuse bezeichnet.
  • Es wird nun die Funktion dieses Vergleichsbeispiels beschrieben. Aus der Spannungsquelle 4803 wird eine Wechselspannung zwischen die beiden Elektroden 4801 und 4802 angelegt, um in dem Lasermaterial 4 im Entladungsraum eine elektrische Entladung hervorzurufen. Dadurch wird das Lasergas optisch gepumpt und es treten Laserschwingungen in dem stabilen Resonator auf, der durch den Teilreflexionsfilm 11c des Auskoppelungsspiegels 2 und den Totalreflexionsspiegel 1 gebildet ist. Ein Teil des Laserstrahls 6 tritt durch den Teilreflexionsfilm 11c und die Antireflexionsfilme 12a und 12b des Auskoppelungsspiegels 2 hindurch und wird als Laserstrahl 7 aus dem Resonator abgestrahlt. Bei dem Axial-Fluß-CO2-Lasersystem wird der Laserschwingungswirkungsgrad mit einem Anstieg der Gastemperatur des Lasermaterials 4 geringer, so dass der Anstieg der Gastemperatur dadurch verhindert wird, dass in das Gehäuse 5 Kühlwasser geleitet wird, um den ganzen Umfang der Entladungsröhre 4806 zu kühlen.
  • Obgleich bei diesem Vergleichsbeispiel das Lasersystem gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel bei dem Axial-Fluß-CO2-Lasersystem gemäß 89 verwendet ist, stellt dies keine Einschränkung dar. Wenn beispielsweise das Lasersystem gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel bei einem CO2-Lasersystem mit schneller axialer Strömung verwendet wird, kann die gleiche Wirkung wie die vorstehend beschriebene erzielt werden. Ein solches CO2-Lasersystem mit schneller axialer Strömung ist mit einem Umwälzgebläse für das Abführen eines Teils der durch die elektrische Entladung erzeugten Wärme bei schneller Strömung des Lasergases 4 in der Entladungsröhre 4806 ausgestattet. Die vorstehend beschriebene Wirkung wird auch dann erzielt, wenn das Lasersystem gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel bei einem sog. TEA-Lasersystem verwendet wird, bei dem ein Lasergas mit ungefähr 98 kPa (lat) durch optisches Pumpen angeregt wird.
  • 49. Vergleichsbeispiel
  • Die 90 zeigt ein Beispiel, bei dem das Lasersystem gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel der Erfindung als Metalldampf-Lasersystem verwendet wird. Die Figur zeigt eine Plasmaröhre, z.B. Keramikröhre 4901, Metalle 4902 wie beispielsweise Kupfer oder Gold, ein durch den Metalldampf in der Plasmaröhre erzeugtes Lasermaterial 4, ein Wärmeisoliermaterial 4903, zylindrische Elektroden 4904, eine Spannungsquelle 4905, die beispielsweise schnelle wiederholte Impulse abgibt, und eine zwischen den Elektroden 4904 erzeugte elektrische Entladung 4907. Ferner zeigt die Figur Durchlaßfenster 4906, die in einem Brewsterwinkel angestellt sind, einen Auskoppelungsspiegel 2, einen Teilreflexionsfilm 11c, der mittig an der den Resonator bildenden Seite des Auskoppelungsspiegels 2 ausgebildet ist, Antireflexionsfilme 12a und 12b, einen Totalreflexionsspiegel 1, einen Laserstrahl 6 in dem Resonator, einen aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahl 7 und ein Gehäuse 5. Mit 4908 ist eine Linse bezeichnet und mit 4909 ist ein Zielobjekt für die Lichtkonvergenz bezeichnet, z.B. eine abgedichtete Jodzelle.
  • Es wird nun die Funktion dieses Vergleichsbeispiels beschrieben. Zuerst wird an die zylindrischen Elektroden 4904 aus der Spannungsquelle 4905 eine periodische Impulsspannung mit einigen 10 kHz angelegt, um die Impulsentladung 4907 hervorzurufen. Die auf diese Weise erzeugte Impulsentladung 4907 wird zum Erwärmen eines Puffergases wie beispielsweise Neon-Gas (Ne) benutzt, das in der Plasmaröhre 4901 eingeschlossen ist. Das erwärmte Puffergas heizt die mit dem Wärmeisoliermaterial 4903 bedeckte Plasmaröhre 4901 auf eine Temperatur von beispielsweise 1500°C oder dergleichen auf. Infolgedessen wird das an der Innenfläche der Plasmaröhre 4901 angebrachte Metall 4902 mit einer Dichte von beispielsweise 1015 Teilchen/cm in der Plasmaröhre verdampft. Der sich ergebende Metalldampf wird durch die Plasmaentladung 4907 angeregt und bildet das Lasermaterial 4.
  • Außerhalb der durch die im Brewsterwinkel angebrachten Durchlaßfenster 4906 ist durch den inneren Teilreflexionsfilm 11c an dem Auskoppelungsspiegel 2 und durch den Totalreflexionsspiegel 1 ein stabiler Resonator gebildet. Daher pflanzt sich der Laserstrahl 6 in dem Resonator fort und wird durch das Lasermaterial 4 verstärkt, wonach dann ein Teil durch den Teilreflexionsfilm 11c und die Antireflexionsfilme 12a und 12b des Auskoppelungsspiegel 2 hindurchtritt und als Laserstrahl 7 aus dem Resonator abgegeben wird. Im allgemeinen ist bei einem Metalldampf-Lasersystem der Durchmesser der Plasmaröhre 4901 vergrößert, um eine hohe Laserausgangsleistung zu erhalten. In diesem Fall ist jedoch gemäß 91 an dem mittigen Teil die erzielte Laserverstärkung im Vergleich zu dem Umfangsteil gering, so dass es schwierig ist, den Laserstrahl im Modus TEM00 zu erzeugen. Bei diesem Vergleichsbeispiel kann jedoch gemäß der Darstellung in 92 auf einfache Weise ein Laserstrahl im Modus TEM00 mit großer Querschnittsfläche dadurch erzielt werden, dass der Durchmesser des Teilreflexionsfilms 11c des Auskoppelungsspiegels 2 auf geeignete Weise gewählt wird.
  • Der auf diese Weise herausgeleitete Laserstrahl 7 wird durch die Linse 4908 zu einem stark konvergierenden Laserstrahl gebündelt. Durch das Einleiten dieses Laserstrahls in die Zelle 4909, in der beispielsweise eine Farbstofflösung für einen Farblaser eingeschlossen ist, kann der Farbstoff wirkungsvoll angeregt werden.
  • 50. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem neunundvierzigsten Vergleichsbeispiel die Laserröhre mit den im Brewsterwinkel angestellten Durchlaßfenstern 4906 abgeschlossen ist, kann gemäß 93 die gleiche Wirkung auch dadurch erzielt werden, dass die Laserröhre mit den Spiegeln 1 und 2 abgeschlossen wird, welche den Resonator bilden. Wenn der aus dem Resonator abgegebene Laserstrahl 7 wie bei dem neunundvierzigsten Vergleichsbeispiel mittels der Linse 4908 gebündelt wird, wird ein stark konvergierender Laserstrahl erzielt, so dass durch das Einleiten dieses Laserstrahls in die Zelle 4909, in der eine Farbstofflösung für einen Farbstofflaser eingeschlossen ist, der Farbstoff wirkungsvoll angeregt werden kann.
  • 51. Vergleichsbeispiel
  • Die 94 zeigt ein Beispiel, bei dem das Lasersystem gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel bei einem Festkörper-Lasersystem verwendet ist. In dieser Figur ist mit 4a ein Festkörperelement bezeichnet, wie beispielsweise im Falle eines YAG-Lasers ein zylindrischer Stab aus Y3-xNdxAl5O12. Mit 1 ist ein Totalreflexionsspiegel bezeichnet und mit 2 ist ein Auskoppelungsspiegel bezeichnet. Mit 12a und 12b bzw. 5101 und 5102 sind Antireflexionsfilme bezeichnet, die beispielsweise aus SiO2 auf beiden Seiten des Auskoppelungsspiegels 2 bzw. des Festkörperelementes 4a ausgebildet sind. Mit 3 sind Blenden bezeichnet und mit 11c ist ein Teilreflexionsfilm bezeichnet, der mittig an der den Resonator bildenden Seite des Auskoppelungsspiegels 2 beispielsweise mit TiO2 gebildet ist. Mit 6 und 7 ist jeweils ein innerhalb bzw. außerhalb des Resonators erzeugter Laserstrahl bezeichnet. Mit 5103 ist eine Lichtquelle zum Anregen des Festkörperelements 4a bezeichnet, die beispielsweise durch eine Blitzlichtlampe gebildet ist. Mit 5104 ist ein Halter für die Lichtquelle 5103 bezeichnet, mit 5105 ist eine Reflektorplatte zum Reflektieren des Lichtes aus der Lichtquelle 5103 und zum Zuleiten des Lichtes zu dem Festkörperelement 4a bezeichnet und mit 5 ist ein Außenrahmen des Festkörper-Lasersystems bezeichnet.
  • Es wird nun die Funktion dieses Vergleichsbeispiels beschrieben. Das Festkörperelement 4a wird sowohl durch das direkte Licht aus der Lichtquelle 5103 als auch durch das von der Reflektorplatte 5105 reflektierte Licht angeregt und bildet das Lasermaterial. Durch das Lasermaterial wird der Laserstrahl 6 erzeugt und verstärkt, wonach ein Teil desselben als Laserstrahl 7 aus dem Lasersystem herausgeleitet wird. Der Modus des in dem Resonator erzeugten Laserstrahls ist der bei dem ersten Vergleichsbeispiel beschriebene und wird durch den Durchmesser des Teilreflexionsfilms 11c bestimmt.
  • 52. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem einundfünfzigsten Vergleichsbeispiel der Resonator durch die Spiegel 1 und 2 beiderseits des Festkörperelementes 4a gebildet ist, kann statt dessen ein in 95(a) oder 95(b) dargestellter Aufbau verwendet werden, bei welchem eine Stirnfläche des Festkörperelements 4a gewölbt geformt ist und auf die Wölbung ein dünner Film aufgebracht ist, wodurch diese Stirnfläche als Spiegel wirkt. Die 95(a) zeigt ein Beispiel, bei dem eine Stirnfläche des Festkörperelements 4a mit einem Krümmungsradius gewölbt ist und auf der Wölbung ein Totalreflexionsspiegel 5210 ausgebildet ist, während die 95(b) ein Beispiel zeigt, bei dem eine Stirnfläche des Festkörperelements 4a an der der Stirnfläche nach 95(a) entgegengesetzten Seite des Festkörperelements zu einer Wölbung geformt ist, auf deren mittigen Teil ein Teilreflexionsfilm 5201 aufgebracht ist und auf deren Außenumfangsteil ein Antireflexionsfilm 5202 aufgebracht ist.
  • 53. Vergleichsbeispiel
  • Obgleich bei dem zweiundfünfzigsten Vergleichsbeispiel eine Stirnfläche des Festkörperelements 4a gewölbt geformt ist, besteht keine Einschränkung hierauf. Vielmehr können gemäß 96 beide Stirnflächen des Festkörperelements 4a als Wölbung mit einem Krümmungsradius geformt werden. In diesem Fall wird an der einen Stirnfläche ein Totalreflexionsfilm 5210 ausgebildet, während an der anderen Stirnfläche ein mittiger Teilreflexionsfilm 5201 und am Außenumfang ein Antireflexionsfilm 5202 gebildet werden, wodurch das Festkörperelement 4a selbst als Spiegel wirkt, die den Resonator bilden.
  • 54. Vergleichsbeispiel
  • Die 97 zeigt das vierundfünfzigste Vergleichsbeispiel, bei dem in einem Resonator ein Güteschaltelement bzw. Q-Schaltelement 5401 wie beispielsweise ein Pockels- Element zum Herbeiführen einer Q-Schaltimpuls-Schwingung angeordnet ist. Mit dieser Gestaltung wird ein Laserstrahl mit hoher Spitzenausgangsleistung erzielt, was beispielsweise eine wirkungsvolle Laserbearbeitung ermöglicht.
  • Wenn als Element 5401 nach 97 ein Wellenlängenänderungselement wie ein KTP-Element verwendet wird, kann die Wellenlänge zweckdienlich geändert werden. Wenn ferner als Element 5401 eine Kombination aus einem Q-Schaltelement und einem Wellenlängenänderungselement verwendet wird, kann die gleiche Wirkung wie die vorstehend beschriebene erzielt werden.
  • 55. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem zweiundfünfzigsten Vergleichsbeispiel eine Stirnfläche des Halbleiterelementes 4a als Wölbung mit einem Krümmungsradius gestaltet ist und mit einem darauf aufgebrachten dünnen Film als Spiegel wirkt, kann gemäß 98(a) oder 98(b) ein auf eine plan geformte Stirnfläche des Festkörperelements 4a aufgebrachter dünner Film als Spiegel wirken. Wenn mit dem Licht aus der Lichtquelle 5103 ein Lasermedium gebildet wird, wirkt das Festkörperelement 4a als eine Art von Konvexlinse unter einer Wärmeverteilung desselben. Daher wird das in 98(a) oder 98(b) dargestellte Vergleichsbeispiel als stabiler Resonator verwendet. Die 98(a) zeigt ein Beispiel, bei dem an einer Stirnfläche des Festkörperelements 4a ein Totalreflexionsfilm 5501 ausgebildet ist, während die 98(b) ein Beispiel zeigt, bei dem auf einer Stirnfläche des Festkörperelements 4a in der Mitte ein Teilreflexionsfilm 5502 und am Außenumfang ein Antireflexionsfilm 5503 ausgebildet sind.
  • 56. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem dreiundfünfzigsten Vergleichsbeispiel beide Stirnflächen des Festkörperelements 4a gewölbt geformt sind, wonach dann auf eine der Stirnflächen der Totalreflexionsfilm 5210 und auf die andere Stirnfläche in der MItte der Teilreflexionsfilm 5201 und am Außenumfang der Antireflexionsfilm 5202 aufgebracht sind, kann statt dessen eine in 99 dargestellte Gestaltung gewählt werden, bei welcher beide Stirnflächen des Festkörperelements 4a plan sind und auf diese Stirnflächen zur Nutzung als Spiegel die Filme 5501 bzw. 5502 und 5503 aufgebracht sind.
  • 57. Vergleichsbeispiel
  • Die 100 zeigt das siebenundfünfzigste Vergleichsbeispiel, bei dem innerhalb eines Resonators ein Q-Schaltelement 5701 wie ein Pockels-Element zum Hervorrufen einer Q-Schaltimpulsschwingung angeordnet ist. Dieses Vergleichsbeispiel unterscheidet sich von dem in 97 dargestellten vierundfünfzigsten Vergleichsbeispiel darin, dass die Stirnflächen des Festkörperelements 4a plan sind. Bei dem dermaßen gestalteten Vergleichsbeispiel wird wie bei dem vierundfünfzigsten Vergleichsbeispiel ein Laserstrahl mit hoher Spitzenausgangsleistung erzielt, so dass beispielsweise eine wirkungsvolle Laserbearbeitung ausgeführt werden kann. Wenn ferner als Element 5701 ein Wellenlängenänderungselement, z.B. ein KTP-Element verwendet wird, kann die Wellenlänge zweckdienlich geändert werden. Ferner ist die gleiche Wirkung erzielbar, wenn als Element 5701 eine Kombination aus einem Q-Schaltelement und einem Wellenlängenänderungselement verwendet wird.
  • 58. Vergleichsbeispiel
  • Die 101(a) und 101(b) zeigen ein Beispiel für die Anwendung des Lasersystems gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel bei einem Halbleiterlaser. Die 101(a) ist eine Innendraufsicht auf den Halbleiterlaser und die 101(b) ist eine Schnittseitenansicht desselben. Die beiden Figuren zeigen eine aktive Schicht 5801, z.B. eine p-GaAs-Schicht, eine Umhüllungsschicht 5802, z.B. eine p-Ga0,9Al0,1As-Schicht, eine Umhüllungsschicht 5803, z.B. eine n-Ga0,9Al0,1As-Schicht, eine Abdeckschicht 5804, z.B. eine p-GaAs-Schicht und ein Kristallsubstrat 5805, z.B. ein n-GaAs-Kristall. Ferner zeigen die Figuren Elektroden 5806 und 5807, eine Spannungsquelle 5808, einen Teilreflexionsteil 5810, der durch Aufbringen eines Fotoresists und durch ein fotomechanisches Verfahren gebildet ist, einen Totalreflexionsteil 5812, einen Antireflexionsteil 5811, einen Laserstrahl 6 innerhalb des Resonators und einen aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahl 7.
  • Nachstehend wird die Funktion dieses Vergleichsbeispiels beschrieben. Die aus den an die Spannungsquelle 5808 angeschlossenen Elektroden 5806 und 5807 zugeführten Ladungsträger treten durch die p-Abdeckungsschicht 5804, die Umhüllungsschicht 5802 bzw. durch das n-Kristallsubstrat 5805 und die Umhüllungsschicht 5803 hindurch und bilden die aktive Schicht 5801. Der in der aktiven Schicht 5801 erzeugte Laserstrahl 6 wird durch das Hin- und Herlaufen in einem stabilen Resonator verstärkt, der durch den Teilreflexionsteil 5810 und den Totalreflexionsteil 5812 gebildet ist, die an den Stirnflächen des Festkörperelements 4a ausgebildet sind. Ein Teil des Laserstrahls 6 tritt durch den Teilreflexionsteil 5810 und den Antireflexionsteil 5811 hindurch und wird als Laserstrahl 7 aus dem Resonator ausgegeben. Da die aktive Schicht 5801 in dem Resonator breit ist, kann auf einfache Weise ein Laserstrahl mit dem einzigen Modus TEM00 mit großer Querschnittsfläche gemäß 102 dadurch erhalten werden, dass eine geeignete Größe des Teilreflexionsteils 5810 gewählt wird, der bei der Moduswahl wie bei dem vorangehenden ersten Vergleichsbeispiel von wesentlicher Bedeutung ist.
  • 59. Ausführungsbeispiel
  • Während bei dem achtundfünfzigsten Vergleichsbeispiel der Modus durch Wählen einer geeigneten Größe des Teilreflexionsteils 5810 bestimmt wird, kann die gleiche Wirkung auch dadurch erreicht werden, dass eine geeignete Größe eines Totalreflexionsfilms 5903 gemäß 103(a) gewählt wird, der ein Bestandteil eines Resonators ist. In dieser Figur ist mit 5902 ein ringförmiger Teilreflexionsfilm bezeichnet, der um den Totalreflexionsfilm 5903 herum ausgebildet ist. Ferner kann die gleiche Wirkung gemäß 103(b) auch dadurch erzielt werden, dass geeignete Größen sowohl des Teilreflexionsteils 5810 als auch des Teilreflexionsteils 5903 gewählt werden.
  • 60. Vergleichsbeispiel
  • Die 104(a) zeigt das sechzigste Vergleichsbeispiel, bei dem nahe an den den Resonator bildenden Seiten des Teilreflexionsteils 5810 und des Totalreflexionsteils 5812 des Halbleiterlasers gemäß dem achtundfünfzigsten Vergleichsbeispiel Mesa-Gräben 6001 gebildet sind. Die Mesa-Gräben 6001 dienen dazu, den Außenumfangsbereich auszuschalten, an dem die Güte des Laserstrahls 6 gering ist, und entsprechen den Blenden 3 bei dem ersten Vergleichsbeispiel. Gemäß 104(b) und (c) können die Mesa-Gräben 6001 nahe an einer der den Resonator bildenden Seiten des Teilreflexionsteils 5810 und des Totalreflexionsteils 5812 ausgebildet werden, wobei auch in diesem Fall die gleiche Wirkung erzielt wird.
  • Ferner ist die gleiche Wirkung auch dann erzielbar, wenn die Mesa-Gräben 6001 in dem Halbleiterlaser gemäß dem neunundfünfzigsten Ausführungsbeispiel gebildet werden.
  • 61. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem achtundfünfzigsten Vergleichsbeispiel, dem neunundfünfzigsten Ausführungsbeispiel und dem sechzigsten Vergleichsbeispiel ein Resonator durch Bearbeiten der Stirnflächen des Festkörperelements 4a in dem Halbleiterlaser gebildet wird, kann gemäß 105(a), (b) oder (c) mindestens ein Spiegel als Bestandteil des Resonators außerhalb des Festkörperelements 4a in dem Halbleiterlaser angebracht werden. Auch in diesem Fall ist die vorstehend beschriebene Wirkung erzielbar.
  • Die 105(a) zeigt ein Beispiel, bei dem außerhalb des Festkörperelements 4a ein Totalreflexionsspiegel 6102 und ein Auskoppelungsspiegel 6101 angeordnet sind, an welchem auf der Resonatorseite mittig ein Teilreflexionsfilm 6104 angebracht ist, um den herum Antireflexionsfilme 6103a und 6103b aufgebracht sind. Die 105(b) zeigt ein Beispiel, bei dem zum Bilden eines stabilen Resonators ein Totalreflexionsspiegel 6102 außerhalb des Festkörperelements 4a angeordnet ist. Ferner zeigt die 105(c) ein Beispiel, bei dem zum Bilden eines stabilen Resonators außerhalb des Festkörperelements 4a der Auskoppelungsspiegel 6101 angeordnet ist, an welchem an der den Resonator bildenden Seite in der Mitte der Teilreflexionsfilm 6104 angebracht ist, während um diesen herum die Antireflexionsfilme 6103a und 6103b ausgebildet sind.
  • 62. Vergleichsbeispiel
  • Die 106 zeigt das zweiundsechzigste Vergleichsbeispiel, bei welchem das Lasersystem beispielsweise gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel als Laserstrahl-Generatorstufe eingesetzt ist und zum Bilden eines Lasersystems mit mehrstufiger Verstärkung mit einer Laserstrahl-Verstärkerstufe verbunden ist. Diese Figur zeigt eine Laserstrahl-Generatorstufe 6210, eine Laserstrahl-Verstärkerstufe 6220, einen Auskoppelungsspiegel 2, einen mittig an der den Resonator bildenden Seite des Auskoppelungsspiegels 2 angebrachten Teilreflexionsfilm 11c, jeweilige Entspiegelungsfilme bzw. Antireflexionsfilme 12a, 12b und 6202 und einen Totalreflexionsspiegel 1. Mit 4 und 6203 ist jewei1s ein Lasermaterial bezeichnet, das beispielsweise im Falle eines Metalldampflasers der Dampf eines Metalls wie Kupfer oder Gold ist, der durch elektrische Entladung angeregt ist, oder im Falle eines CO2-Lasers oder eines Dimer-Anregungslasers ein durch elektrische Entladung angeregtes Gasmedium ist. Die Figur zeigt ferner einen Laserstrahl 6 in dem Resonator, einen aus dem Resonator ausgegebenen Laserstrahl 7, eine Blende 3, Gehäuse 5 bzw. 6204, ein Durchlaßfenster 6201, eine Linse 6205 und ein Objekt 6206, an dem der Laserstrahl konvergiert wird, wie beispielsweise eine Farbstoffzelle im Falle eines Metalldampflasers oder ein Werkstück, z.B. Metall im Falle eines CO2-Lasers.
  • Nachstehend wird die Funktion bei diesem Vergleichsbeispiel beschrieben. In der Laserstrahl-Generatorstufe 6210 bilden der mittig an dem Auskoppelungsspiegel 2 angebrachte Teilreflexionsfilm 11c und der Totalreflexionsspiegel 1 einen stabilen Resonator. Daher wird in dem Lasermaterial 4 der Laserstrahl 6 in dem Resonator verstärkt und ein Teil desselben tritt durch den Teilreflexionsfilm 11c des Auskoppelungsspiegels 2 und die Antireflexionsfilme 12a und 12b hindurch und wird als Laserstrahl 7 aus dem Resonator abgegeben. Der Laserstrahl 7 wird der LaserstrahlVerstärkerstufe 6220 zugeführt. Nach dem Hindurchtreten durch das Durchlaßfenster 6202 wird der Laserstrahl 7 in der Verstärkerstufe durch das Lasermaterial 6203 zu einem Laserstrahl mit hoher Ausgangsleistung verstärkt. Da der aus der Laserstrahl-Generatorstufe 6210 abgegebene Laserstrahl 7 zu einem Laserstrahl mit großer Querschnittsfläche und außerordentlich guter Qualität wird, ist es möglich, aus dem Lasermaterial 6203 in der Verstärkerstufe die Energie außerordentlich wirkungsvoll herauszuleiten.
  • Wenn im weiteren der aus der Verstärkerstufe 6220 ausgegebene Laserstrahl 7 durch die Linse 6205 gebündelt wird, wird ein außerordentlich konvergierender Laserstrahl erzielt. Daher wird dann, wenn der dermaßen konvergierende Laserstrahl auf die Zelle 6206 mit einer darin eingeschlossenen Farbstofflösung für einen Farbstofflaser gerichtet wird, der Farbstoff auf wirkungsvolle Weise angeregt, oder dann, wenn der Strahl auf ein Werkstück für die Laserbearbeitung gerichtet wird, die Bearbeitung wirkungsvoll ausgeführt.
  • 63. Vergleichsbeispiel
  • Während bei dem zweiundsechzigsten Vergleichsbeispiel die einzige Laserstrahl-Verstärkerstufe 6220 eingesetzt ist, wird die gleiche Wirkung auch mittels mehrerer derartiger Verstärkerstufen erzielt. In diesem Fall wird aus der letzten Verstärkerstufe ein Laserstrahl mit noch höherer Ausgangsleistung erhalten.
  • 64. Vergleichsbeispiel
  • Obgleich bei den meisten der vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zweidimensional axialsymmetrische Resonatoren gebildet sind, besteht keine Einschränkung hierauf. Beispielsweise wird gemäß 107 die gleiche Wirkung auch mit einer Resonatorgestaltung für ein eindimensionales bzw. plattenförmiges Lasermaterial erzielt.
  • Ferner kann beispielsweise der Resonator gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel gemäß 108(a) und 108(b) mit einem Wellenleiter zum Bilden eines Hybrid-Resonators kombiniert werden, wodurch die vorstehend beschriebene Wirkung erzielbar ist. In diesen Figuren sind mit 6401 und 6402 Entladungselektroden bezeichnet, die auch als Wellenleiter wirken.
  • 65. Ausführungsbeispiel
  • Während bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ein gemäß dem Laguerre-Gauß-Modus gestalteter Spiegel, nämlich ein Film in Form eines konzentrischen Kreises gemäß 37(a) außer bei der Verwendung eines plattenförmigen Lasermaterials verwendet ist, kann genau die gleiche Wirkung auch mit einem gemäß dem Hermit-Gauß-Modus gestalteten Spiegel, d.h. mit einem quadratischen Film gemäß 37(b) erzielt werden.
  • 66. Vergleichsbeispiel
  • Bei dem Laseroszillator mit hoher Ausgangsleistung gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel wird gemäß 109(b) die Oberfläche des Auskoppelungsspiegels 2 an der von dem Resonator abgewandten Seite um einen nachstehend als Keilwinkel bezeichneten vorbestimmten Winkel θ schräg gestellt, durch den der Spiegel eine Dicke 6601 erhält. Daher sind die beiden Seiten des Auskoppelungsspiegels 2 gewöhnlich nicht zueinander parallel. Wenn beispielsweise ein dreiachsig orthogonaler Gas-Laseroszillator derart gestaltet ist, dass gemäß 110(a) und (b) die Schnitte der einander in dem Resonator gegenübergesetzten Begrenzungselemente (Entladungselektroden) 6602 und 6603 und der mit dem Keilwinkel (der Dicke 6601) angestellten Fläche des Auskoppelungsspiegels 2 in der gleichen Ebene liegen, wird das von der vom Resonator abgewandten Seite reflektierte schwache Licht durch die Grenzfläche der Begrenzungselemente 6602 und 6603 reflektiert und durch das Lasermaterial 4 verstärkt. Infolgedessen entsteht manchmal gemäß 111(a) in dem Laserstrahl 7 eine streifenförmige Intensitätsverteilung. Es ergab sich das Problem, dass proportional zu dem Ausmaß der Streifenverteilung die Qualität des Laserstrahls 7 mit dieser streifenförmigen Intensitätsverteilung verschlechtert ist.
  • Zur Lösung dieses Problems kann eine in 112(a) und (b) dargestellte Gestaltung angewandt werden, bei der die Schnitte durch die Begrenzungselemente, z.B. Elektroden 6602 und 6603, die einander in dem Resonator gegenübergesetzt sind, und durch diejenige Fläche des Auskoppelungsspiegels 2, an der der Keilwinkel (die Dicke 6601) besteht, nicht in der gleichen Ebene liegen. Bei dieser Gestaltung wurde gemäß 111(b) keine streifenförmige Intensitätsverteilung im abgegebenen Laserstrahl 7 beobachtet. Der Grund dafür besteht darin, dass selbst dann, wenn das von der vom Resonator abgewandten Seite reflektierte schwache Licht wieder in den Resonator gerichtet wird, das Licht nicht durch die Grenzfläche reflektiert wird, da die Reflexionsrichtung von der Einbaurichtung der Begrenzungselemente 6602 und 6603 wie der Elektroden verschieden ist, und somit das Licht nicht durch das Lasermaterial 4 verstärkt wird und den Resonator verläßt.
  • Somit kann bei dem Gas-Laseroszillator, bei dem in dem Resonator die Begrenzungselemente 6602 und 6603 wie die Elektroden einander gegenübergesetzt sind, die Qualität des abgegebenen Laserstrahls 7 durch eine derartige Anordnung verbessert werden, dass die Schnitte durch die einander gegenüberliegenden Begrenzungselemente 6602 und 6603 und durch die Fläche des Auskoppelungsspiegels 2 mit dem Keilwinkel (der Dicke 6601) nicht in der gleichen Ebene liegen.
  • 67. Vergleichsbeispiel
  • Die 113 zeigt das siebenundsechzigste Vergleichsbeispiel, bei dem die Erfindung bei einem dreiachsig orthogonalen Gas-Laseroszillator angewandt ist. Gemäß diesem Vergleichsbeispiel sind zwei durch Entladung angeregte Zwischenräume 6705 und 6706 in bezug zueinander um 90° verschwenkt angeordnet, wodurch es möglich wird, eine Differenz zwischen einer Verstärkungsverteilung in Richtung der elektrischen Entladung und in der Gasströmungsrichtung während der Zirkulation des Lasergases zu korrigieren. Bei diesem Vergleichsbeispiel ist der Resonator durch den Auskoppelungsspiegel 2 und den Totalreflexionsspiegel 1 gebildet, die bei dem ersten Vergleichsbeispiel beschrieben sind. Der Laserstrahl 6 wird beispielsweise durch zwei Planspiegel 6701 und 6702 an der dem Auskoppelungsspiegel 2 abgewandten Seite umgelenkt und durch den Totalreflexionsspiegel 1 wieder in den Resonator zurückgeführt.
  • Es wird nun die Funktion dieses Vergleichsbeispiels beschrieben. Die Zwischenräume 6705 und 6706, in denen das Lasergas durch Entladungselektroden 6703a, 6703b bzw. 6704a, 6704b angeregt wird, sind in bezug zueinander um 90° verdreht angeordnet. Daher wird beispielsweise der Laserstrahl 6, der in dem Zwischenraum 6705 in der Entladungsrichtung verstärkt wurde, während des Hindurchtretens durch den anderen gleichen Zwischenraum 6706 in der Gasströmungsrichtung verstärkt. Daher wird der Laserstrahl 6 in dem Resonator in diesen Zwischenräumen 6705 und 6706 sowohl in der Entladungsrichtung als auch in der Gasströmungsrichtung verstärkt. Infolgedessen ist der aus dem Auskoppelungsspiegel 2 abgegebene Laserstrahl 7 hervorragend symmetrisch. Die 114 zeigt ein Beispiel, bei dem die beiden Zwischenräume 6705 und 6706 für die Entladungsanregung hintereinander angeordnet sind, wodurch die vorstehend beschriebene Wirkung erzielt werden kann. Die gleiche Wirkung ist auch dann erzielbar, wenn eine größere Anzahl derartiger Zwischenräume zur Entladungsanregung unter gegenseitiger Verdrehung um 90° angeordnet ist.
  • 68. Ausführungsbeispiel
  • Wenn ein erfindungsgemäßer Resonator bei einem dreiachsig orthogonalen Laser gemäß 115 verwendet wird, wird allgemein zwischen Entladungselektroden 6801a und 6801b ein Entladungsanregungsraum 4 für die Laseranregung gebildet. Zum Sicherstellen der Stabilität der Entladung und zum Unterdrücken des Temperaturanstiegs des Gases wird das Lasergas zwischen den Entladungselektroden 6801a und 6801b mit hoher Geschwindigkeit in der Richtung eines Pfeils 6802 geleitet. Infolgedessen können die durch die elektrische Entladung angeregten Teilchen zusammen mit der Gasströmung stromabwärts strömen und es wird gemäß 116 an dem stromab liegenden Ende des Entladungsbereichs eine maximale Verstärkung erzielt, wobei die optische Achse des Resonators an das bezüglich der Gasströmung stromab liegende Ende (X = XD) des Entladungsbereichs gelegt wird. Wenn die optische Achse in dieser Lage ist, wird der höchste Schwingungswirkungsgrad erzielt. Die Energie der durch die elektrische Entladung angeregten Teilchen wird durch den Resonator, in Lichtenergie umgesetzt, welche als Laserstrahl nach außen abgegeben wird.
  • Es hat sich jedoch herausgestellt, dass dann, wenn der erfindungsgemäße Resonator gemäß 117 in einem dreiachsig orthogonalen Lasersystem eingesetzt ist, bei dem die Gasströmung und die optische Achse zueinander senkrecht stehen, ein asymmetrischer Laserstrahl gemäß 118 erhalten wurde. D.h., wenn bei diesem dreiachsig orthogonalen Lasersystem die Verstärkung an der Gaszuströmungsseite in Lichtenergie umgesetzt wurde, besteht in dem Gasabstrombereich außerhalb des Entladungsraumes keinerlei Verstärkung mehr, so dass der Strahl in einer Form abgegeben wird, bei der die Gasabströmungsseite abgeschnitten ist. Wenn andererseits bei diesem dreiachsig orthogonalen Lasersystem der in 3 dargestellte herkömmliche Resonator verwendet wird, wird ein symmetrischer Strahl mit richtiger Rundheit erzielt. Im einzelnen läuft in dem herkömmlichen Resonator das Licht zum Bilden einer stehenden Welle einige zehn mal hin und her, so dass ein Modus hervorgerufen wird, der nicht allzu sehr von der Verstärkungsverteilung beeinflußt ist, und daher ein Laserstrahl mit richtiger Rundheit erzielt wird.
  • Aus dem erfindungsgemäßen Resonator wird ein mittiger Laserstrahl 6803a in allgemein richtig runder Form ausgegeben, da er als ein Teil einer stehenden Welle ausgegeben wird, während ein äußerer peripherer Laserstrahlanteil 6803b deshalb, weil er ein sich durch die Verstärkung von Beugungslicht während nur eines Hin- und Herlaufens in dem Resonator ergebender Anteil ist, von der Verteilung der Verstärkung stark beeinflußt ist und in einem Zustand ausgegeben wird, bei dem dessen dem Gasabstrombereich entsprechender Teil abgeschnitten ist. Daher besteht bei dem Lasersystem mit dem erfindungsgemäßen Resonator das Problem, dass es schwierig ist, einen symmetrischen Strahl mit richtiger Rundheit zu erhalten.
  • Die 119 zeigt das achtundsechzigste Ausführungsbeispiel das zum Lösen dieses Problems gestaltet ist. Bei diesem achtundsechzigsten Ausführungsbeispiel liegt anders als gemäß 117 die optische Achse des Resonators in dem Entladungsbereich derart, dass der Außenumfangsteil 6803b des Laserstrahls nahezu mit dem Gasabströmungsrand des Entladungsbereichs übereinstimmt. Bei dieser Anordnung wird nahezu die ganze Entladungsenergie in den mittigen Laserstrahlanteil 6803a umgesetzt und es ist zwar der Anteil der zum Abstrombereich strömenden erregten Teilchen gering, aber die Verstärkung noch ausreichend, da der Abstrombereich durch die elektrische Entladung direkt angeregt wird. Infolgedessen kann der durch die Beugung erzeugte Laserstrahlanteil 6803b ausreichend zunehmen, so dass ein Laserstrahl mit richtiger Rundheit ohne Beschneidung in dessen Abstromteil herausgeleitet werden kann.
  • 69. Ausführungsbeispiel
  • Während bei dem achtundsechzigsten Ausführungsbeispiel die optische Achse des Resonators in den Entladungsraum 4 hinein versetzt ist, um die Verstärkungsänderung in der Gasströmungsrichtung auf ein Mindestmaß herabzusetzen und dadurch einen Laserstrahl mit richtiger Rundheit zu erhalten, wird gemäß 120 dann, wenn die Gasströmungsrichtung in dem Resonator umgekehrt wird, die Verstärkungsverteilung in der Gasströmungsrichtung gleichförmiger, so dass ein Laserstrahl 7 erhalten wird, der hinsichtlich der Rundheit besser ist. In 120 stellen Pfeile 6902 und 6903 die Gasströmungsrichtungen nach der Umkehrung dar, während mit 6901 eine Gastrennplatte mit einer mittigen Öffnung für das Durchlassen des Laserstrahls 6 bezeichnet ist.
  • 70. Ausführungsbeispiel
  • Die 121(a) ist eine Seitenansicht des siebzigsten Ausführungsbeispiels und die 121(b) ist eine Ansicht eines Schnittes entlang einer Linie I-I in 121(a). In 121(a) sind mit 7001 und 7002 Umlenkspiegel für das Bilden eines U-förmigen Resonators bezeichnet. Wenn der optische Weg auf diese Weise hinsichtlich der Gasströmungsrichtung U-förmig zurückgeführt wird, wird der Laserstrahl 6, der in bezug auf die Strahlmitte an der Gaszuströmungsseite verstärkt wurde, durch das U-förmige Zurückführen an der Gasabströmungsseite verstärkt, wodurch die Verstärkungsverteilung in der Gasströmungsrichtung sich vollständig aufhebt und die vorangehend beschriebene Wirkung erzielt wird.
  • 71. Ausführungsbeispiel
  • Die 122 zeigt ein Beispiel für ein Laserbearbeitungsgerät, in welches ein erfindungsgemäßes Lasersystem mit einem Laseroszillator eingebaut ist. In dieser Figur ist mit 7101 ein Laseroszillator mit dem Totalreflexionsspiegel 1 und dem Auskoppelungsspiegel 2 bezeichnet. In dem Oszillator 7101 werden die Spiegel 1 und 2 und das Lasergas nötigenfalls mit Kühlwasser gekühlt, das über Kühlwasserrohre 7102 und 7103 zugeführt wird. Mit 7104 ist ein Strahlenleitsystem für das Übertragen des aus dem Oszillator 7101 abgegebenen Laserstrahls 7 mit Rohren 7105a und 7105b und Umlenkspiegeln 7106a, 7106b und 7106c bezeichnet. Mit 7107 ist ein Bearbeitungskopf bezeichnet, der eine Linse 7108 für das Konvergieren des Laserstrahls 7 auf ein Werkstück 7112 und eine Düse 7110 zum Aufblasen von über ein Rohr 7109 zugeführtem Hilfsgas auf das Werkstück 7112 enthält. Mit 7111 ist ein Arbeitstisch für das Bewegen des Werkstückes 7112 bezeichnet.
  • Da es bei dem auf die vorstehend beschriebene Weise gestalteten Laserbearbeitungsgerät möglich ist, das Werkstück 7112 mit dem Laserstrahl 7 zu bearbeiten, welcher beispielsweise sowohl großen Durchmesser als auch hohe Ausgangsleistung hat und stark gebündelt ist, kann mit sehr hoher Geschwindigkeit bearbeitet werden oder es kann eine bisher nicht bearbeitbare dicke Platte bearbeitet werden. Da ferner der Strahlmodus unabhängig vom Strahldurchmesser allein durch Auswechseln der Spiegel 1 und 2 gewählt werden kann, ist es möglich, auf einfache Weise einen für verschiedenerlei Werkstücke einschließlich Eisen, Aluminium und Nichtmetalle oder für verschiedenerlei Arten von Bearbeitung einschließen Schneiden, Schweißen und Oberflächenänderung am besten geeigneten Strahl zu erhalten.
  • Vom Standpunkt des Herstellers von Lasersystemen gesehen können alleine durch das Auswechseln der Spiegel 1 und 2 verschiedenartige Vorrichtungen hergestellt werden und damit die Massenproduktion vereinfacht werden, was eine außerordentliche Verringerung der Kosten für das Lasersystem und im weiteren für das Laserbearbeitungsgerät ermöglicht. Da ferner der Laserstrahl 7 einen großen Durchmesser hat, ist die Strahlintensität je Querschnittsflächeneinheit gering, so dass die optischen Komponenten in dem Strahlenleitsystem 7104 wie die Umlenkspiegel 7106a, 7106b und 7106c und die Bearbeitungslinse 7108 nur wenig durch Wärme verformt werden. Daher ist es trotz der hohen Ausgangsleistung des Strahls möglich, wegen der geringen Verformung des Laserstrahls 7 in dem Strahlenleitsystem 7104 das Licht auf stabile Weise zu bündeln. Somit können derartig hervorragende Wirkungen erzielt werden.

Claims (36)

  1. Lasersystem mit folgenden Bauteilen, einem Auskoppelungsspiegel (2; 1701) mit einem mittig angeordneten Teilreflexionsteil (11c; 19) und einem um den Teilreflexionsteil herum angeordneten Antireflexionsteil (12a), einem dem Auskoppelungsspiegel gegenübergesetzten Totalreflexionsspiegel (1; 40; 50; 401; 1802; 1904), einem innerhalb eines den Auskoppelungsspiegel und den Totalreflexionsspiegel enthaltenden stabilen Resonators angebrachten Lasermaterial (4), welches einen durch den Auskoppelungsspiegel und den Totalreflexionsspiegel reflektierten Laserstrahl (6) bis zur Abgabe des Strahls aus dem Auskoppelungsspiegel verstärkt, wobei der Totalreflexionsspiegel einen mittig ausgebildeten Totalreflexionsteil (1802) und einen um den Totalreflexionsteil herum ausgebildeten Teilreflexionsteil (1803) aufweist.
  2. Lasersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modus des Laserstrahls (6) in dem Resonator durch den Durchmesser des Teilreflexionsteils (11c) des Auskoppelungsspiegels (2) bestimmt ist.
  3. Lasersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die folgende Beziehung erfüllt ist: 0 < (1 – L/R1) (1 – L/R2) < 1wobei R1 und R2 jeweils die Krümmungsradien des Auskoppelungsspiegels (2) bzw. des Totalreflexionsspiegels (1) sind und L die Länge des Resonators ist.
  4. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Totalreflexionsspiegel (40; 50) ein Reflexionsvermögen von 99% hat, wodurch 1% des Laserstrahls (6) im Resonator durch den Spiegel hindurchgelassen wird.
  5. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Auskoppelungsspiegel (2) und/oder der diesem gegenübergesetzte Totalreflexionsspiegel (1; 40; 50) mit einem Spiegelwinkel-Einstellmechanismus (302, 301; 2302, 2301) versehen ist.
  6. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Totalreflexionsspiegel (401) mit einem Krümmungsänderungsmechanismus (402) versehen ist.
  7. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Auskoppelungsspiegel (2) mit einer Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung (20; 20a; 21; 22; 23) in der Weise versehen ist, dass eine Phasendifferenz (Δ) zwischen den jeweils über den Teilreflexionsteil (11c; 19) und den Antireflexionsteil (12a) des Auskoppelungsspiegels aus dem Resonator heraus abgegebenen Laserstrahlanteile ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist.
  8. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Auskoppelungsspiegel (2) mit einer Phasendifferenz-Steuervorrichtung (20; 20a; 21; 22; 23) zum Steuern einer Phasendifferenz (Δ) zwischen den jeweils über den Teilreflexionsteil (11c; 19) und den Antireflexionsteil (12a) des Auskoppelungsspiegels aus dem Resonator ausgegebenen Laserstrahlanteilen versehen ist.
  9. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Totalreflexionsspiegel (1) mit einer Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung (701) in der Weise versehen ist, dass eine Phasendifferenz zwischen den jeweils über den Teilreflexionsteil (11c) und den Antireflexionsteil (12a) des Auskoppelungsspiegels (2) aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahlanteile ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist.
  10. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Totalreflexionsspiegel (702) mit einer Phasendifferenz-Steuervorrichtung (703) zum Steuern einer Phasendifferenz zwischen den jeweils über den Teilreflexionsteil (11c) und den Antireflexionsteil (12a) des Auskoppelungsspiegels (2) aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahlanteilen versehen ist.
  11. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Resonators eine Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung (801) derart angeordnet ist, dass eine Phasendifferenz zwischen den jeweils über den Teilreflexionsteil (11c) und den Antireflexionsteil (12a) des Auskoppelungsspiegels (2) aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahlanteilen ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist.
  12. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine außerhalb des Resonators angeordnete Phasendifferenz-Steuervorrichtung (804) zum Steuern einer Phasendifferenz zwischen den jeweils über den Teilreflexionsteil (11c) und den Antireflexionsteil (12a) des Auskoppelungsspiegels (2) aus dem Resonator abgegebenen Laserstrahlanteilen.
  13. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Blende (3) zum Begrenzen des Durchmessers des Laserstrahls (6), der in dem Resonator dem Auskoppelungsspiegel (2) und/oder dem Totalreflexionsspiegel (1) des Resonators zugeleitet ist, wobei die Blendenöffnung einen Durchmesser hat, der nicht größer als das Vierfache des Durchmessers des Teilreflexionsteils (11c) des Auskoppelungsspiegels ist.
  14. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Auskoppelungsspiegel (2) eine ringförmige Spiegelunterlage (1001) und eine mit der ringförmigen Spiegelunterlage verbindbare Spiegelunterlage (1002) aufweist, wobei an der ringförmigen Spiegelunterlage beiderseits ein Antireflexionsfilm (1004) ausgebildet ist, während die damit verbindbare Spiegelunterlage an der dem Totalreflexionsspiegel (1) zugewandten Seite einen Teilreflexionsfilm (1003) und an der gegenüberliegenden Seite einen Antireflexionsfilm (1004) hat.
  15. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilreflexionsteil (11c) des Auskoppelungsspiegels (2) durch mehrere Reflexionsfilme (1101 bis 1104) mit jeweils voneinander verschiedenen Reflexionseigenschaften gebildet ist, um das Reflexionsvermögen des Teilreflexionsteils stufenweise zu ändern.
  16. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilreflexionsteil (11c) des Auskoppelungsspiegels (2) mit einem ringförmigen Teilreflexionsfilm (1105) oder Totalreflexionsfilm (1106) mit einem von demjenigen des Teilreflexionsteils verschiedenen Reflexionsvermögen versehen ist.
  17. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Auskopplungsspiegel (2) mittig als Teilreflexionsteil (11c) ein dünner Metallfilm (1204) angebracht ist, um den herum ein Antireflexionsfilm (12a) ausgebildet ist.
  18. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilreflexionsteil des Auskoppelungsspiegels (2) durch einen ringförmigen Teilreflexionsfilm (1401) gebildet ist.
  19. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilreflexionsteil des Auskoppelungsspiegels (2) durch mehrere konzentrische ringförmige Teilreflexionsfilme (1402, 1403; 1404, 1405) gebildet ist.
  20. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Auskoppelungsspiegels (2) größer als derjenige für den Modus TEM00 ist, um einen Laserstrahl in einem Mehrfachmodus niedriger Ordnung mit großer Querschnittsfläche zu erzeugen.
  21. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfläche (1501; 1502) zwischen dem Teilreflexionsteil (11c) und dem Antireflexionsteil (12a) des Auskoppelungsspiegels (2) in Bezug auf dessen Achse schräggestellt oder gekrümmt ausgebildet ist.
  22. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilreflexionsteil (11c) des Auskoppelungsspiegels (2) in einer von einem Kreis verschiedenen geometrischen Form gebildet ist.
  23. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Antireflexionsteil des Auskoppelungsspiegels ein Reflexionsvermögen von nicht mehr als 5% hat.
  24. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungsradien des Auskoppelungsspiegels (1701; 1702) an der dem Totalreflexionsspiegel (1) zugewandten und der von diesem abgewandten Seite voneinander verschieden sind.
  25. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator den Auskoppelungsspiegel (2), einen dem Auskoppelungsspiegel gegenübergesetzten Teilreflexionsspiegel (1901) und den Totalreflexionsspiegel (1904) enthält, der hinter dem Teilreflexionsspiegel angeordnet ist, und dass der Modus des Laserstrahls (6) in dem Resonator durch die Durchmesser des Totalreflexionsspiegels und des Teilreflexionsteils (11c) des Auskoppelungsspiegels bestimmt ist.
  26. Lasersystem mit folgenden Bauteilen, einem reflektierenden Spiegel (130) mit einem mittig liegenden Totalreflexionsteil (131) und einem um den Totalreflexionsteil herum liegenden Teilreflexionsteil (132), einen dem reflektierenden Spiegel gegenübergesetzten Auskoppelungsspiegel (2; 2801; 2803; 2805; 2807) mit einem Teilreflexionsteil (11) und einem in einem durch den Auskoppelungsspiegel und den reflektierenden Spiegel gebildeten stabilen Resonator angebrachten Lasermaterial (4), das einen von dem reflektierendem Spiegel und dem Auskoppelungsspiegel reflektierenden Laserstrahl (6) bis zu dessen Ausgabe aus dem Auskoppelungsspiegel verstärkt.
  27. Lasersystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Modus des Laserstrahls (6) in dem Resonator durch den Durchmesser des Totalreflexionsteils (131) des reflektierenden Spiegels (130) bestimmt ist.
  28. Lasersystem nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass an dem reflektierenden Spiegel (130) und/oder dem Auskoppelungsspiegel (2) ein Spiegelwinkel-Einstellmechanismus (2501, 2502) angebracht ist.
  29. Lasersystem nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der reflektierende Spiegel mit einer Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung (133) in der Weise versehen ist, dass eine Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Totalreflexionsteil (131) und dem Teilreflexionsteil (132) des reflektierenden Spiegels reflektierten Laserstrahlanteilen ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist.
  30. Lasersystem nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der reflektierende Spiegel (130) mit einer Phasendifferenz-Steuervorrichtung (133) zum Steuern einer Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Totalreflexionsteil (131) und dem Teilreflexionsteil (132) des reflektierenden Spiegels reflektierten Laserstrahlanteilen versehen ist.
  31. Lasersystem nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Auskoppelungsspiegel (2801; 2803; 2805; 2807) mit einer Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung (2802; 2804; 2806; 2808) in der Weise versehen ist, dass eine Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Totalreflexionsteil (131) und dem Teilreflexionsteil (132) des reflektierenden Spiegels (130) reflektierten Laserstrahlanteilen ein ganzzahliges Vielfaches 2π ist.
  32. Lasersystem nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Auskoppelungsspiegel (2801; 2803; 2805; 2807) mit einer Phasendifferenz-Steuervorrichtung (2802; 2804; 2806; 2808) zum Steuern einer Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Totalreflexionsteil (131) und dem Teilreflexionsteil (132) des reflektierenden Spiegels (130) versehen ist.
  33. Lasersystem nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Resonators eine Phasendifferenz-Korrekturvorrichtung (3001) in der Weise angeordnet ist, dass eine Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Totalreflexionsteil (131) und dem Teilreflexionsteil (132) des reflektierenden Spiegels (130) reflektierten Laserstrahlanteilen ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist.
  34. Lasersystem nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Resonators eine Phasendifferenz-Steuervorrichtung (3004, 3005) zum Steuern einer Phasendifferenz zwischen den jeweils von dem Totalreflexionsteil (131) und dem Teilreflexionsteil (132) des reflektierenden Spiegels (130) reflektierten Laserstrahlanteilen angeordnet ist.
  35. Lasersystem nach einem der Ansprüche 26 bis 28, gekennzeichnet durch eine Blende (3) zum Begrenzen des Durchmessers des in dem Resonator dem Auskoppelungsspiegel (2) und/oder dem reflektierenden Spiegel (130) des Resonators zugeführten Laserstrahls (6), wobei die Blendenöffnung einen Durchmesser hat, der nicht größer als das Vierfache des Durchmessers des Totalreflexionsteils (131) reflektierenden Spiegels ist.
  36. Lasersystem nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilreflexionsteil (11c) des Auskoppelungsspiegels (2) in einer von einem Kreis verschiedenen geometrischen Form gebildet ist.
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