DE69127170T2

DE69127170T2 - Oszillierende laservorrichtung

Info

Publication number: DE69127170T2
Application number: DE69127170T
Authority: DE
Inventors: Norio Karube
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1990-06-11
Filing date: 1991-05-28
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: EP0485619A4; DE69127170D1; EP0485619A1; US5307367A; EP0485619B1; WO1991020114A1; JP2651263B2; JPH0444372A

Description

Die Erfindung betrifft einen oszillierenden Hochleistungslaser zum Bearbeiten von Metallen oder nichtmetallischen Werkstoffen und insbesondere einen derartigen Laser zur Abgabe eines zirkular polarisierten Ausgangsstrahls. Die Verwendung eines zirkular polarisierten Laserstrahls ist zur Werkstückbearbeitung vorteilhaft, so daß es sich darum handelt, solche Strahlen zu erzeugen. In bekannter Weise ist ein direkter, aus einem Laserresonator austretender Strahl ein linear polarisierter Strahl, der durch eine externe Optik zirkular polarisiert wird.
Fig. 4 zeigt einen bekannten Laser mit einer solchen externen Optik. Wie bekannt, wird ein zirkular polarisierter Strahl dadurch erzeugt, daß zuerst ein linear polarisierter Strahl in einem Resonator oszilliert und dieser dann zirkular polarisiert wird, indem man eine externe Optik gemäß Fig. 4 benutzt. Fig. 4 zeigt nur ein optisches System, während bekannte Teile des Lasers, wie die Entladungsröhre, weggelassen sind. So besteht in Pig. 4 der Resonator aus einem Rückspiegel 1, reflektierenden Spiegel 2 und 3 und einem Auskoppelspiegel 4.
Basierend auf bekannten Grundsätzen wird der Laserstrahl im Resonator linear polarisiert abgestrahlt mit einem E-Vektor, der rechtwinklig eine Ebene schneidet, die von den optischen Achsen 7a, 7b und 7c bestimmt ist. In Fig. 4 wurde die Ebene um die Gerade 7a um π/4 gedreht und somit verläßt der Strahl 8 den Resonator linear polarisiert mit einer Schrägneigung von π/4 gegenüber der Bodenfläche Der austretende Strahl wird dann über zwei π/2 Phasenverzögerer 5 und 6 geffihrt und dann wie bekannt wird der von den Verzögerern 5 und 6 emittierte Strahl 9 in einen zirkular polarisierten Strahl konvertiert.
Trotzdem führt das in Fig. 4 dargestellte bekannte Verfahren zu folgenden Problemen:
Die große Anzahl optischer Teile verteuert das System, das dadurch auch groß und kompliziert wird.
Wenn das externe optische System nicht mit der gleichen Präzision wie der Resonator hergestellt wird, so stellt die Richtungsstabilität des Laserstrahls nicht zufrieden und damit ist die Bearbeitungskapazität schwach.
Die Erfindung soll die vorgenannten Probleme vermeiden, so daß es eine Aufgabe ist, einen oszillierenden Laser zu schaffen, mit dem ein zirkular polarisierter Strahl unmittelbar abgegeben wird, so daß die externe Optik weggelassen werden kann.
EP-A-0 358 769 offenbart einen oszillierenden Laser mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, während die Erfindung durch die folgenden Merkmale im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist.
Der reflektierende Spiegel kann ein einzelnes Element sein, auch zwei oder drei oder mehrere Elemente, um die totale π/2 Phasenverzögerung zu erzeugen.
Der Rückspiegel besteht aus einem Dachreflektor, dessen Kante auf einen Winkel von π/4 gegenüber der Ebene eingestellt ist, die von den reflektierten optischen Achsen erzeugt ist. Bezüglich des Rückspiegels ist das Reflektiervermögen der linear polarisierenden Komponente, deren elektrischer Feldvektor parallel zur Richtung der Kante verläuft, höher als das der Komponente, die rechtwinklig die Richtung der Kante schneidet und deshalb wird der Laserstrahl im Resonator in Richtung der Kante im optischen Weg polarisiert, der zwischen dem Rückspiegel und dem reflektierenden Spiegel verläuft, der am nächsten zum Rückspiegel liegt. Der linear polarisierte Strahl wird vom reflektierernden Spiegel bzw. diesen Spiegeln reflektiert, um den parallelen und vertikal polarisierenden Komponenten eine totale π/2 Phasenverzögerung zu verleihen und damit wird der abgegebene Strahl, den man mit einem bekannten optischen Prinzip erhält, ein zirkular polarisierter Strahl.
Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen oszillierenden Laser in einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 und 3 abgeänderte Ausführungsformen gemäß der Erfindung und
Fig. 4 einen bekannten Laser, mit dem man einen zirkular polarisierenden Strahl erhält.
In Fig. 1 besitzt ein Resonator einen Rückspiegel 10, einen reflektierenden Spiegel 11 und einen Auskoppelspiegel 4. Die Lasererregung, wie ein Entladungsrohr, sind nicht dargestellt. Der Rückspiegel 10 ist dachförmig in einem rechten Winkel abgewinkelt und besitzt eine Kante 10a, die zu einer Ebene um π/4 geneigt ist, die von den beiden optischen Achsen 7a und 7b gebildet ist.
Der reflektierende Spiegel 11 ist ein Phasenverzögerer und erteilt den parallelen und vertikal polarisierenden Komponenten eine Phasenverzögerung um π/2; dies ist eine bekannte Bauweise mit dielektrischen Belägen von hohem Reflexionsvermögen und dielektrischen Belägen mit geringem Reflexionsvermögen, die abwechselnd übereinander angeordnet sind, um so die Phase des reflektierenden Strahls mit Hilfe einer mehrfachen Interferenz zu verzögern. Der Auskoppelspiegel 4 ist normal und besitzt keine Reflexionsrichtung.
Bei dem Resonator der vorgenannten Bauweise werden die optischen Achsen 7a und 7b des Laserstrahls im Resonator vom reflektierenden Spiegel 11 in der dargestellten Weise abgebogen. Ferner wird im Bereich der optischen Achse 7a (der zwischen dem Rückspiegel 10 und dem reflektierenden Spiegel 11 verlaufende optische Weg) ein Laserstrahl 10b in Richtung der Kante 10a des Rückspiegels 10 linear polarisiert, d.h. die Richtung wird um einen Winkel von π/4 gegenüber einer von den optischen Achsen 7a und 7b gebildeten Ebene gedreht, weil in dem dachförmigen Reflektor 10 das Reflexionsvermögen der linear polarisierenden Komponente mit dem elektrischen Feldvektor parallel zur Richtung der Kante 10a höher ist als das der polarisierenden Komponente, die rechtwinklig die Richtung der Kante 10a schneidet, wie dies bekannt ist.
Wird der Laserstrahl 10b vom Spiegel 11 mit einer Phasenverzögerung von π/2 reflektiert, so wird er in einen zirkular polarisierten Strahl im Bereich der optischen Achse 7b konvertiert (der optische Weg verläuft zwischen dem Spiegel 11 und dem Auskoppelspiegel 4), ebenfalls entsprechend einem bekannten optischen Prinzip und zu diesem Zeitpunkt ist der vom Auskoppelspiegel 4 austretende Laserstrahl 13 zirkular polarisiert.
Damit wird in dieser Ausführungsform ein zirkular polarisierter Strahl direkt aus dem Resonator austreten, ohne daß ein externes optisches System benutzt wird, so daß die Anzahl der optischen Teile erheblich verringert ist und damit die Bauweise vereinfacht wird, wie auch die Größe und die Kosten. Ferner ist die Richtungsstabilität des Laserstrahls zur Werkstückbearbeitung verbessert.
Die zweite Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt und unterscheidet sich insofern, als reflektierende Spiegel 11 und 12 vorgesehen sind, die als Phasenverzögerer dienen und den Laserstrahl zweimal umlenken und damit eine Phasenverzögerung von insgesamt π/2 hervorrufen. Diese Verzögerung kann von zwei Phasenverzögerern durchgeführt werden, wobei jeweils die Phase um π/4 verzögert wird oder auch mit nur einem Verzögerer, der die Phase um π/2 verzögert, worauf dann ein Spiegel mit Nullverschiebung folgt. In jedem Fall wird der Laserstrahl oszilliert und bildet einen linear polarisierten Strahl, der im Bereich der optischen Achse 7a um π/4 geneigt ist und der im Bereich der optischen Achse 7c zirkular polarisiert wird (der optische Weg verläuft zwischen dem reflektierenden Spiegel 12 und dem Auskoppelspiegel 4), so daß ein Laserstrahl 13 als zirkular polarisierter Strahl aus dem Auskoppelspiegel 4 austritt.
Die dritte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Hier erfolgt eine mehrfache Umlenkung im Resonator mit vielen reflektierenden Spiegeln 111, 112, ..., 11N, 121, 122, ... und 12N. Alle diese Spiegel, die auch als Phasenverzögerer dienen, erzeugen eine Phasenverzögerung um insgesamt π/2 und der Laserstrahl 13 tritt zirkular polarisiert aus dem Auskoppelspiegel 4 aus, wie im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.
So wird erfindungsgemäß ein dachförmiger Reflektor als Rückspiegel benutzt, so daß der von einem Resonator abgegebene Strahl unmittelbar zirkular polarisiert ist, ohne eine externe Optik zu benutzen. Damit ist die Anzahl der optischen Bauteile verringert, die Struktur des Systems vereinfacht, die Größe und Kosten verringert und die Richtungsstabilität des Laserstrahls verbessert.

Claims

1. Oszillierender Laser mit einem Laserresonator vom Umlenktyp, der zusätzlich zu einem Auskoppelspiegel (4) und einem Rückspiegel (10) einen reflektierenden Spiegel (11,12) aufweist, um eine optische Achse umzulenken, wobei der reflektierende Spiegel (11,12) eine π/2 Phasenverzögerung gegenüber parallelen und vertikalen polarisierenden Komponenten erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückspiegel (10) aus einem einzelnen dachlörmigen Reflektor besteht, dessen Kante in einem Winkel von π/4 gegenüber einer Ebene verläuft, die von der reflektierten optischen Achse gebildet ist und bei dem das Reflexionsvermögen des Rückspiegels (10) in einer linear polarisierenden Komponente, deren elektrischer Feldvektor parallel zur Richtung der Kante verläuft, größer ist als das Reflexionsvermögen des Rückspiegels in einer Komponente, deren elektrischer Feldvektor rechtwinklig die Kante durchsetzt.

2. Oszillierender Laser nach Anspruch 1, bei dem der reflektierende Spiegel (11) ein einzelnes Element umfaßt und eine π/2 Phasenverzögerung mit diesem einzelnen Element erzeugt.

3. Oszillierender Laser nach Anspruch 1, bei dem der reflektierende Spiegel (11,12) zwei Elemente aufweist, und eine gesamte π/2 Phasenverzögerung mit diesen beiden Elementen erzeugt.

4. Oszillierender Laser nach Anspruch 1, bei dem der reflektierende Spiegel (111, ..., 11N, 121, ..., 12N) drei oder mehrere Elemente aufweist und eine gesamte π/2 Phasenverzögerung bei Verwendung aller dieser Elemente erzeugt.