JP2002237632A

JP2002237632A - スラブレーザおよびレーザ装置

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Publication number: JP2002237632A
Application number: JP2001033576A
Authority: JP
Inventors: Taiji Narita; 太治成田; Minoru Kimura; 実木村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2002-08-23
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: JP4132690B2

Abstract

(57)【要約】【課題】投入電力の変化によるスラブ電極の温度変化、
アライメント等の変化、および余分な応力の発生、レー
ザ発振の安定性の阻害を防止する。【解決手段】各々が平面の光反射面を有し、この表面に
直角な平面内にのみ光を誘導するように隔置して配設さ
れる一対の細長い電極１、２を保持するように内蔵し、
レーザガスを封入密閉された容器１０を有し、この容器
１０の両端には、光共振器を保持するための第一のフラ
ンジ１１と第二のフランジ１２を有し、第一のフランジ
１１と第二のフランジ１２間の間隔を保持するための支
持棒９を有し、電極１、２、容器１０および光共振器が
各々の温度変化による伸縮によって他の要素に対して影
響を及ぼさないように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品業界等に
おいて用いられる微細加工を実施するのに適した短い高
出力パルスを発生することのできるＲＦ励起等のスラブ
レーザおよびレーザ装置等に関する。

【０００２】

【従来の技術】導波管レーザは、循環する光が伝搬進路
の或る部分にわたって誘導され、自由空間伝搬の法則に
従わない、という点において従来のレーザと異なる。ス
ラブという語は、二つの平らな表面の間に画成された矩
形の放電領域を有するレーザを意味するのに使用され
る。本発明に関してスラブレーザという語は、二つの狭
い次元の中を誘導され、しかも、より広い次元の自由空
間内に伝搬することができるレーザという意味で使用さ
れる。

【０００３】スラブ炭酸ガスレーザの初期の研究におい
て、レーザガスが直流放電によって励振される流動ガス
システムを指向した（例えば、「ＣＷ横放電、横ガス流
ＣＯ ₂：Ｎ₂：Ｈｅの平形導波管レーザにおける光学利
得測定」マクマレン他応用物理ジャーナル第４５
巻、Ｎｏ．１１１９７４年１１月５０８４ページ記
載）封じ切り炭酸ガスレーザにＤＣ励起を適用すること
はうまくいかなかった。封じ切り炭酸ガスレーザにおい
て、ラークマン（Ｌａａｋｍａｎｎ）によって報告され
た１９７９年９月２５日付、米国特許第４，１６９，２
５１号に記載された方法である。該特許において開示さ
れるレーザは高周波ＲＦ励振によって横向きに励振され
る。放電領域は、一対の隔置された長い電極の間に画成
される。ラークマン特許は、電極の間隔に基づく、正し
いＲＦ励振周波数の選択方法をしるしている。ラークマ
ン特許に開示されたレーザの電極は、一対の長い絶縁部
材によって隔置される。正方形および矩形の放電領域の
両方を画成するために、電極及び絶縁部材の組み合わせ
を用いることができる。該特許に図解される実施例にお
いて、絶縁部材の間隔は十分狭いので、光は両方の次元
内に誘導される。

【０００４】電極の或る与えられた長さ当たりに発生さ
せる事の出来る出力を増加させる努力において、ラーク
マン特許の教示は、炭酸ガススラブレーザの開発に応用
され、光は狭い間隔の電極間に誘導され、より広い次元
に自由に伝搬することが可能とされた。このタイプのレ
ーザに関する最も初期の報告の一つは、Ｃｏｎｆｅｒｅ
ｎｃｅｏｎＬａｓｅｒａｎｄＥｌｅｃｔｒｏ−
ｏｐｔｉｃｓ１９８４年６月において報告されたＧａ
ｂａｉ，ＨｅｒｔｚｂｅｒｇａｎｄＹａｔｓｉｖの
「無線周波数励起ストリップラインＣＯ及びＣＯ₂レー
ザ」に見られる。このレーザにおいて、一対の隔置水冷
Ｘバンド導波管電極が２５〜５０ＭＨｚの範囲の周波数
のＲＦ放射によって励起された。電極の間隔は４．５ｍ
ｍ程度であり、これは光を誘導するのに適していた。電
極のより広い次元は２．５ｃｍであり、これは光を自由
に伝搬させた。平面鏡と安定共振器を用いてキャビティ
実験が実施された。

【０００５】１９８８年１月１２日付、米国特許第４，
７１９，６３９号に記載されたＴｕｌｉｐのＣＯ₂導波
管レーザである。ガバイ論文において記述された装置と
同様にチューリップ特許に記載された装置の放電領域も
矩形であり、光は電極の間に誘導し、より広い次元の自
由空間に伝搬させるような形態をとる。

【０００６】１９９４年３月２９日に公開されたコヒー
レントから出願された「パルス波ＣＯ₂レーザ」特願平
３−２９３５５４号において、医療用の高エネルギー短
パルスを発生させるための炭酸ガススラブレーザとして
具体的な構成を記述している。この公開特許公報におい
てスラブレーザ用鏡組立体、冷却システム及び電極支持
組立体に関する構成が記述されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】スラブレーザは、放電
領域を構成するスラブ電極の反射面を介して、励起され
たレーザを拡散冷却によって除去する事により、小さな
放電体積から高出力を取り出すため、投入電力の変化に
よってスラブ電極の温度が変化し、レーザ装置を構成す
る光共振器等の他の構成物との温度変化による最適アラ
イメント等が変化し、そのため異なる熱膨張係数によっ
て余分な応力が発生し、レーザ発信の安定性を阻害する
という問題点がある。

【０００８】本発明において、従来の気体スラブ導波管
レーザにおけるレーザ光に及び特性に与える不安定要因
となる構成、構造上の問題を解決するための構成を示唆
する。

【０００９】電極の熱収縮を許す電極支持構造を有する
炭酸ガススラブレーザを与えることが本発明の一目的で
ある。

【００１０】電極の熱収縮を許すとともに電極を保持内
蔵する真空容器の熱収縮の光共振器に与える影響を緩和
するとともに輸送及び振動に対する影響を緩和するチャ
ンバ構造を与えることが本発明の一つの目的である。

【００１１】レーザガスのバッファータンクを兼ねた真
空容器内のガスがスラブ電極内のレーザガスとスムーズ
に入れ替わるような機構を与えることが本発明の一つの
目的である。

【００１２】密閉された真空容器の外からの調整を可能
にする改良された調整式鏡保持機構を有するスラブレー
ザを与えることが本発明の一つの目的である。

【００１３】スラブ電極を冷却するための冷却パイプの
形状によってスラブ電極に印加されるＲＦ電界分布の変
動因子を無くす冷却方法を与えることが本発明のもう一
つの目的である。

【００１４】スラブ電極に投入されるＲＦ電力値の変化
に対して変化するスラブ電極の温度を能動的または受動
的に制御することにより、レーザ発振条件の変化に対す
るレーザ特性の影響を無くすスラブ電極冷却装置を与え
ることが本発明の一つの目的である。

【００１５】スラブレーザ装置から出力されたレーザ光
の変動を検出し、加工品質を向上させるための外部整形
光学装置を与えることが本発明の一つの目的である。

【００１６】レーザ装置において、光共振器を形成する
ミラーにダイクロイックミラーを使用した場合におい
て、ミラーの熱影響を除去する構成を与えることが本発
明の一つの目的である。

【００１７】スラブ電極の長手方向に印加されるＲＦ電
界分布をスラブ電極の長手方向の長さに対して、放電が
安定する最適な電界分布を明示することが本発明の一つ
の目的である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のスラブレ
ーザは、各々が平面の光反射面を有し、この表面に直角
な平面内にのみ光を誘導するように隔置して配設される
細長い一対の電極を保持するように内蔵し、レーザガス
を封入密閉された容器を有し、この容器の両端には、光
共振器を保持するための第一のフランジと第二のフラン
ジを有し、第一のフランジと第二のフランジ間の間隔を
保持するための支持棒を有し、電極が温度変化による伸
縮によって光共振器に対して影響を及ぼさないように、
電極を第一のフランジと第二のフランジ間に長手方向に
移動自在に支持したことを特徴とするものである。

【００１９】請求項１記載のスラブレーザによれば、電
極の熱収縮を許す構造を与えることにより、これら要素
にかかる応力を緩和し安定したレーザ発振を実現するこ
とができる。

【００２０】請求項２記載のスラブレーザは、請求項１
において、レーザガスは電極にＲＦ電流を送る機能を有
する装置により励振されるものである。

【００２１】請求項２記載のスラブレーザによれば、請
求項１と同様な効果のほか、電極にＲＦ電流を供給する
装置によりレーザガスが励振するとき、スラブレーザの
熱変化に対するレーザ装置の不安定要因を緩和すること
ができる。

【００２２】請求項３記載のスラブレーザは、請求項１
において、電極間のガス放電が視覚的に邪魔されないよ
うに、かつ電極間に存在するレーザガスを容器内のレー
ザガスと円滑に交換される様に電極間の支持装置の形状
が決められているものである。

【００２３】請求項３記載のスラブレーザによれば、請
求項１と同様な効果のほか、スラブ電極間にＲＦ電力を
パルス印加した時生じる放電による収縮膨張時に生じる
スラブ電極放電領域からのガスを電極内部に帰還させな
いことにより、パルス動作時の励起されたガスの電極支
持装置からの反射によって生じる、放電領域のレーザ媒
質内利得分布の変化を抑える。また、真空容器内に存在
するレーザガスとスラブ電極間に存在するレーザガスと
の入れ替えを円滑にするという作用を有する。

【００２４】請求項４記載のスラブレーザは、請求項３
において、支持装置の形状が電極に対して凸曲面を有す
るものである。

【００２５】請求項４記載のスラブレーザによれば、請
求項３と同様な効果がある。

【００２６】請求項５記載のスラブレーザは、請求項１
において、電極を容器内に保持するために設けられた、
電極の長手方向への電極の熱伸縮を許容する少なくとも
一つ以上のスライダーべースと、電極の長手方向に直交
する方向への動きを規制するための絶縁体スライダーべ
ースを有するものである。

【００２７】請求項５記載のスラブレーザによれば、請
求項１と同様な効果のほか、電極の熱収縮によって生じ
る電極への応力を除去するとともに長手方向以外への電
極の変移を規制して、スラブ電極の真空容器断面方向内
における電極位置が変化しない様に規制するとともに、
熱影響による光共振器を構成する鏡と導波路間の結合が
変化しないように規制する事により、安定したレーザ出
力特性を得られる。また、スラブ電極が真空容器断面方
向に対して規制を加える事により、振動及び輸送時のレ
ーザ発振器に与える影響を緩和する。

【００２８】請求項６記載のスラブレーザは、請求項５
において、スライダーべースの少なくとも一つは電極に
電極長手方向と直交する方向に荷重を印加するものであ
る。

【００２９】請求項６記載のスラブレーザによれば、請
求項５と同様な効果のほか、ばね或いはショクアブソー
バ等により荷重を印加する事により、電極の真空容器断
面方向への応力を制御し、より電極のふるまいを許容
し、レーザ発振器の外部からの振動等の影響を防止する
ことができる。

【００３０】請求項７記載のスラブレーザは、請求項５
において、組み立てられた一対の電極の断面形状が、略
八角形からなるものである。

【００３１】請求項７記載のスラブレーザによれば、請
求項５と同様な効果のほか、電極の位置精度を高めるこ
とができる。

【００３２】請求項８記載のスラブレーザは、請求項１
において、容器の内壁に封入されたレーザガスを拡散ま
たは循環するための一つ以上の突起を設けたものであ
る。

【００３３】請求項８記載のスラブレーザによれば、請
求項１と同様な効果のほか、スラブ電極間にＲＦ電力を
パルス印加した時生じる放電ガス膨張時に生じるスラブ
電極外に押し出されるレーザガスを、容器内壁に設けた
突起により、電極以外の方向に反射させる事により、真
空容器内部に充填されたレーザガスの循環を行い、レー
ザガスの温度を均一化することができ、レーザガスの劣
化防止及び冷却効果を向上させ、安定したレーザ動作と
安定した長時間動作をもたらすことができる。

【００３４】請求項９記載の調整式鏡保持機構は、電極
を有しレーザガスを封入した容器と、この容器の両端に
真空シールを与えるように取り付けられた一対のフラン
ジと、この一対のフランジに取付ける光共振器とを備え
たレーザの調整式鏡保持機構であって、光共振器の少な
くとも一方は、真空シールして保持する様に片端が取り
付けられたべローズと、このベローズの他の片端に取り
付けられてフランジを貫通する鏡保持ブロックと、この
鏡保持ブロックに取り付けられて鏡保持ブロックの角度
を変化させる鏡フランジと、鏡保持ブロックの傾きの支
点を決める支持構造部を有するものである。

【００３５】請求項９記載の調整式鏡保持機構によれ
ば、真空シール材を滑動させる必要なしに真空容器の外
部から共振器鏡の角度を調整する事ができる。また、鏡
の傾き角が支点を基準に変移するため最適な鏡角度を選
択する事ができる。

【００３６】請求項１０記載の調整式鏡保持機構は、電
極を有しレーザガスを封入した容器と、この容器の両端
に真空シールを与えるように取り付けられた一対のフラ
ンジと、この一対のフランジに取付ける光共振器とを備
えたレーザの調整式鏡保持機構であって、光共振器の少
なくとも一方は、フランジに形成した貫通穴に真空シー
ルを保持する様に取り付けられたダイアフラムと、貫通
穴を貫通しダイアフラムの中央部に配置された光共振器
を構成する鏡保持ブロックと、この鏡保持ブロックに取
り付けられた鏡の角度を変化させる鏡フランジとを備え
たものである。

【００３７】請求項１０記載の調整式鏡保持機構によれ
ば、真空シール材を滑動させる必要なしに真空容器の外
部から共振器鏡の角度を調整する事ができる。また、フ
ランジの内部に変移を設けたことにより、空間的自由度
が向上する。

【００３８】請求項１１記載のスラブレーザは、請求項
１において、請求項９記載の調整式鏡保持機構を有する
ものである。

【００３９】請求項１１記載のスラブレーザによれば、
請求項１と同様な効果のほか、共振器鏡の角度を精度よ
く調整可能なため、放電によって得られたレーザ光をレ
ーザ媒質から効率よく取り出す事が出来る。

【００４０】請求項１２に記載のスラブレーザは、請求
項１において、請求項１０記載の調整式鏡保持機構を有
するものである。

【００４１】請求項１２に記載のスラブレーザによれ
ば、請求項１と同様な効果のほか、真空容器内方向への
構造上の自由度を有するため、レーザ媒質との結合距離
を広範囲に選択出来る。

【００４２】請求項１３記載のスラブレーザは、各々が
平面の光反射面を有し、この表面に直角な平面内にのみ
光を誘導するように隔置して配設される一対の細長い電
極を保持するように内蔵し、レーザガスを封入密閉さ
れ、長手方向に伸縮自在な構成の容器を有し、この容器
の両端には、光共振器を構成する鏡保持台をもつ第一の
フランジと第二のフランジを有し、光共振器の光軸方向
を調整可能に第一のフランジと第二のフランジを保持す
る保持べース板を有するものである。

【００４３】請求項１３記載のスラブレーザによれば、
真空容器の一部が調整式鏡保持機構を構成する一部品を
兼ねるため、安定で安価なレーザを提供することができ
る。

【００４４】請求項１４記載のスラブレーザは、請求項
１において、電極に対してレーザガスを励振するＲＦ電
流を供給するＲＦ導入端子が、電極の熱変化による伸縮
に対して応力を緩和するように構成されたものである。

【００４５】請求項１４記載のスラブレーザによれば、
請求項１と同様な効果のほか、ＲＦ導入端子は電極の熱
収縮による応力を緩和されるため、高圧、高電力電送線
路の破損及び変形による電送損失の発生を抑制すること
ができる。

【００４６】請求項１５記載のスラブレーザは、電気的
にアースされるとともに光共振器を保持するためのフラ
ンジを有する真空容器と、この真空容器内にある細長い
導電性電極と、この導電性電極を冷却する導電性電極内
に埋め込まれた或いは張り付けられた、冷却媒体を伝送
するための冷却パイプと、この冷却パイプとフランジと
を接続する冷却媒体保持ブロックを備えたものである。

【００４７】請求項１５記載のスラブレーザによれば、
ＲＦ電力によってレーザガスを励振するスラブレーザに
おいて、電極は伝送線路として動作し、電極に接続され
た構成物も同様に伝送線路として働くか、或いは、伝送
線へ影響を与える。ＲＦ電力によって組み立てられた電
極の放電領域に印加される電界分布は、電極に接続され
た或いは近傍の構成物の形状、配置によって影響を受け
るため、冷却ブロックを設ける事により冷却パイプの形
状及び配置を規定する事により、スラブレーザを製造す
る場合における製品ばらつきを緩和する或いは、調整項
目を低減することができる。

【００４８】請求項１６記載のスラブレーザは、請求項
１５において、冷却媒体保持ブロックを誘電体材料とし
たものである。

【００４９】請求項１６記載のスラブレーザによれば、
請求項１５と同様な効果のほか、冷却対象が高圧である
場合において、或いは、腐食の可能性がある場合におい
て冷却対象と冷却装置を電気的に隔離することができ
る。

【００５０】請求項１７記載のスラブレーザは、電極
と、この電極を冷却するための冷却媒体の温度を測定す
る温度センサと、この温度センサの信号を処理する演算
回路と、この演算回路の結果によって冷却媒体の流量を
制御する流量弁を備えたものである。

【００５１】請求項１７記載のスラブレーザによれば、
スラブレーザへ供給する電力を変化させた場合に生じる
電極の熱収縮量の変化を冷却媒体の流量を可変する事に
よって抑制し、電力注入量に関係なくスラブ電極温度を
一定に保つ事により、長手方向の電極端点と共振器鏡の
間隔を一定に保ち、これにより供給電力の変化に関係な
く安定したレーザ特性を実現する。また、レーザ始動時
等において、冷却流量を変化させる事により始動から素
早く安定した条件のレーザ特性を得られる。

【００５２】請求項１８記載のスラブレーザは、請求項
１７において、温度センサに代えて、冷却媒体の流量を
検出する流量センサを有するものである。

【００５３】請求項１８記載のスラブレーザによれば、
冷却媒体の温度測定に代えて流量測定した場合であり、
請求項１７と同様な効果がある。

【００５４】請求項１９記載のスラブレーザは、請求項
１５において、冷却媒体保持ブロックの内部に供給路と
排出路を連絡する冷却媒体の流入バイパスを有し、流入
バイパスの内部に温度差がないときに開く制御弁を有す
るものである。

【００５５】請求項１９記載のスラブレーザによれば、
請求項１５と同様な効果のほか、冷却ブロック内の流入
バイパスを自動的に開閉する事により、電極の温度を一
定範囲内に維持し、これにより安定したレーザ特性を実
現することができる。

【００５６】請求項２０記載のレーザ装置は、アライメ
ント調整機構を有するレーザ発振器と、このレーザ発振
器外部に設けられた空間フィルタと、この空間フィルタ
に取り付けられた複数の温度センサと、この複数の温度
センサからの出力信号を処理するための演算回路と、こ
の演算回路からの出力によってレーザ光が空間フィルタ
の光軸上を透過するように動作するアライメント調整機
構の調整式鏡保持機構を備えたものである。

【００５７】請求項２０記載のレーザ装置によれば、レ
ーザ発振器の外部に設けられたナイフエッジの温度を検
出し、演算回路によって、空間フィルタ例えばナイフエ
ッジの温度分布状態が一定になるように、アライメント
調整機構の直動機構動作させることにより、レーザ発振
器のアライメント変化或いは、レーザ媒質の利得変化を
検出し、最適なアライメント状態を維持することができ
る。

【００５８】請求項２１記載のレーザ装置は、矩形状の
レーザ光を成形するための外部光学装置を有するレーザ
装置であって、外部光学装置は、出力光の高次のモード
を除去するための空間フィルタと、この空間フィルタの
温度を測定するための複数の温度センサ、この温度セン
サからの出力信号を処理するための演算回路と、この演
算回路からの出力によってレーザ光が空間フィルタの光
軸上を透過するように動作する調整式鏡保持機構を有す
るものである。

【００５９】請求項２１記載のレーザ装置によれば、レ
ーザ発振器からのビーム出射方向の変化をナイフエッジ
等の温度分布を検出し、調整式鏡保持機構を自動調整す
る事により、整形光学装置を安定して動作させることが
でき、安定したレーザ特性を実現することができる。

【００６０】請求項２２記載の外部光学装置は、矩形状
のレーザ光を整形するための外部光学装置であって、レ
ーザ光の一方向のみを集光する第１のシリンドリカルレ
ンズおよび第２のシリンドリカルレンズと、レーザ光の
他方向のみを集光する第３のシリンドリカルレンズと、
整形光学系通過後のレーザ光を集光するための集光レン
ズと、第１のシリンドリカルレンズおよび第２のシリン
ドリカルレンズの間に配置された光学フィルタと、この
光学フイルタの温度を測定するための複数の温度センサ
と、この複数の温度センサからの出力信号を処理するた
めの演算回路と、この演算回路からの外部信号によって
第１のシリンドリカルレンズの位置を変化させる構成を
有する光学べ−スを備えたものである。

【００６１】請求項２２記載の外部光学装置によれば、
光学フィルタの温度分布を検出する事により、光学べ−
スの位置を変化させる事ができ、これによって外部光学
装置に入射するレーザ光の入射角度等が変化しても整形
光学系透過後の加工点の位置の変化を押さえることがで
きる。

【００６２】請求項２３記載のスラブレーザは、請求項
１において、請求項２２記載の外部整形光学装置を有す
るものである。

【００６３】請求項２３記載のスラブレーザによれば、
請求項１および請求項２２の効果のほか、レーザシステ
ム全体の安定性を向上させることができる。

【００６４】請求項２４記載の外部整形光学装置は、レ
ーザ光受光面側に任意の傾斜を有する光学フィルタと、
この光学フィルタによって除去されたレーザ光の一部を
検出するための光検出器と、この光検出器の出力信号と
レーザ装置の出力条件とを比較するための比較演算回路
を有するものである。

【００６５】請求項２４記載の外部整形光学装置によれ
ば、レーザ光の変動或いは、発振不良をレーザ光の一部
を切り取る事なく検出することができる。

【００６６】請求項２５記載のレーザ装置は、請求項２
４記載の外部整形光学装置を有することを特徴とするも
のである。

【００６７】請求項２５記載のレーザ装置によれば、請
求項２４と同様な効果を有するとともに、センサ信号を
レーザ装置にフィードバックすることにより、安定した
加工を実現することができる。

【００６８】請求項２６記載の光共振器は、レーザ装置
の発振波長を選択する為に用いられるダイクロイックミ
ラーを有する光共振器であって、ダイクロイックミラー
を保持する光学保持台の内部に除去光を吸収するための
吸収体を有することを特徴とするものである。

【００６９】請求項２６記載の光共振器によれば、ダイ
クロィックミラーを透過したレーザ光が、レーザ発振器
構成部材に損傷或いは一部の異常加熱を誘起する事を防
止するとともに、ダイクロィックミラーを透過したレー
ザ光がダイクロィックミラーに帰還する事を防止する事
によって、安定したレーザ発振を実現することができ
る。

【００７０】請求項２７記載の光共振器は、レーザ装置
の発振波長を選択する為に用いられるダイクロイックミ
ラーを有する光共振器であって、ダイクロイックミラー
を保持する光学保持台の内部に除去光を該ミラー以外の
方向に反射させるための反射板を有することを特徴とす
るものである。

【００７１】請求項２７記載の光共振器によれば、ダイ
クロイックミラーを透過したレーザ光が、レーザ発振器
構成部材に損傷或いは一部の異常加熱を誘起する事を防
止できるとともに、ダイクロイックミラーを透過したレ
ーザ光がダイクロイックミラーに帰還する事を防止する
事によって、安定したレーザ発振を実現することができ
る。

【００７２】請求項２８記載のスラブレーザは、請求項
２６または請求項２７記載の光共振器を有することを特
徴とするものである。

【００７３】請求項２８記載のスラブレーザによれば、
請求項２６または請求項２７と同様な効果のほか、安定
なレーザ発振を実現することができる。

【００７４】請求項２９記載のレーザ装置は、レーザガ
スをガス放電するための励振手段と、レーザガスに光子
を放射してレーザガスの解離を促進するランプと、この
ランプを保持し内壁がランプの光をレーザガスの放電領
域に集光させる凹面状の部分を有することを特徴とする
ものである。

【００７５】請求項２９記載のレーザ装置によれば、ラ
ンプから放射される光子を有効に利用することが可能と
なり、レーザガスを所望のイオン化状態にするために必
要な電力を有効に利用することができる。

【００７６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を用いて説明する。

【００７７】（実施の形態１）図１は、請求項１記載の
スラブレーザの縦断正面図である。図において、１、２
は各々が平面の光反射面を有し該光反射面の表面に直角
な平面内にのみ光を誘導する様に配設される一つの細長
い、隔置された電極を構成するＲＦ電力を供給される高
圧電極１と接地電極２、３は真空容器を形成するための
出力鏡フランジ１１と真空シールされべローズ１０に溶
接真空接続されたスラブ電極保持ベースＡ、４は、真空
容器を形成する全反射鏡フランジ１２と真空シールされ
べローズ１０に溶接真空接続されたスラブ電極保持べー
スＢ、５はセンタチャンバ、１４はべローズ１０と真空
溶接接続されたセンターフランジ、６、７は光共振器を
構成する調整式鏡保持機構であり出力鏡用の調整式鏡保
持機構Ａと全反射鏡用の調整式鏡保持機構Ｂである。８
は、スラブ電極（２）を全反射鏡フランジ１２と固定す
るための電極固定ブロック、９は出力鏡フランジ１１と
全反射鏡フランジ１２の間隔を保持するためのカーボン
ファイバ製の棒或いはインバー等の熱膨張係数の小さい
材質で形成された共振器基準ロッドである。１３はレー
ザ発振器を固定するための基準面となるベース板で、セ
ンタチャンバ５及び全反射鏡フランジ１２と固定されて
いる。１５は、出力鏡フランジ１１と直交する方向に対
してのみ滑動可能なスライダＡ、１６はスラブ電極の熱
収縮を許容するスライダＢである。

【００７８】スラブレーザの様な拡散冷却を用いたレー
ザ発振器においてレーザを安定に発振させるためには、
レーザを構成主要構成部各々の熱影響を除去または分離
する事が重要である。共振器基準ロッド９の熱収縮によ
る真空容器への影響は、真空容器を形成するべローズ１
０によって吸収分離され、真空容器内のスラブ電極への
影響を除去する働きをする。スラブ電極（１、２）の熱
収縮による影響は、スライダー１６、１７により許容さ
れ、かつべローズ１０により光共振器間隔に影響を与え
ないように構成されている。ベース板１３の収縮による
影響は、スライダ１５によって真空容器に影響を与えな
いように軸方向への動きに滑動を許すことによって除去
する。本発明においては、スラブレーザを構成する光共
振器間隔、真空容器、スラブ電極（１及び２）、レーザ
発振器のべース板１３の熱影響によるレーザ発振軸方向
に対する伸縮を吸収分離する構造とすることによって、
レーザの発振条件、雰囲気温度等に影響されない安定な
スラブレーザを提供する。また、真空容器に、一般的に
使用されるベローズ１０を使用することにより、安価に
スラブレーザを構成する事が出来る。

【００７９】（実施の形態２）上記構成において、図２
は、請求項２および請求項１４記載の、図１におけるセ
ンタチャンバ５部分の縦断正面図であり、１８は、高圧
電極１に対して真空シールを維持しながら、ＲＦ電力を
供給するためのＲＦ導入端子であり、２２は、接地電極
２とセンタチヤンバ５を接続するためのアースベルト、
１９は、高圧電極１と接地電極２の間隔を保持するため
の絶縁体で形成された電極支持壁である。ＲＦ導入端子
１８及びアースべルト１９を組み立てられたスラブ電極
（１、２）の熱収縮許容方向に対して、応力を緩和する
様に接続する事により、より信頼性の高いスラブレーザ
を提供できる。

【００８０】（実施の形態３）図３は、請求項３記載
の、図１のスラブレーザにおける３のスラブ電極保持べ
ースＡの横断断面図である。従来の技術において、電極
の放電領域の長手方向の縁に接する様に、電極の間に一
対の長い絶縁ブロックを取り付けることによって、電極
の隔離を行うか、或いは、絶縁体を電極の側壁に張り付
ける様に取り付けることによって行っているため、電極
間の放電領域８０に接する或いはその近傍のＲＦ電界強
度の鋭い部位が生じ、また、絶縁体を側壁に取り付けた
場合は、電極間隔を保持精度が低下しやすく、振動等に
よって電極間隔が変化したり、絶縁体が破損するという
問題がある。本発明は、スラブ電極１、２の放電領域８
０と電極支持壁１９の間に非放電領域８１を設けると共
に、スラブ電極１、２の短方向のエッジ部に曲面Ｒを設
ける事により、放電領域８０内において電界強度が鋭い
電界強度を有せず、穏やかな縁を提示する。この形態
は、レーザの秀れたモード性能に寄与すると予測され
る。また、放電領域８０と電極支持壁１９の間を隔離す
る事により、電極支持壁１９を電極長手方向全体に設け
る必要がなり、支持機能を満足する範囲内で離散的に支
持壁１９を置く事により、高温の解離したレーザガスが
分散配置された電極支持壁１９の間から自由に流れ出る
事を可能にすると同時に、より冷たいガスが電極支持壁
１９の間から流入する事により、放電を補充する事を可
能にする。また、本発明の形態においては、スラブ電極
の高圧電極１と接地電極２の間隔は、電極支持壁１９の
寸法によって一義的に決定されるため製作上安定なスラ
ブレーザを実現できる。

【００８１】（実施の形態４）図４は、スラブ電極の高
庄電極１と接地電極２の間を保持するための電極支持壁
の図１の別の実施の形態を示した図である。２３は、ス
ラブ電極の高圧電極１と接地電極２の間を保持するため
に用いられる別の形態の電極支持壁である。電極支持壁
２３の放電領域８０の面に凸曲面２３ａを設ける事によ
り、パルス状のＲＦ電力を供給する事によって、レーザ
の発振形態をパルス動作させた場合、放電領域８０で発
生した励起ガスは、放電の開始初期において膨張し、電
極支持壁２３に衝突し一部は放電領域外に、一部は放電
領域８０に帰還する。凸面型電極支持壁２３にする事に
よって、放電領域８０から放電の膨張によって放出され
た励起ガスが放電領域８０に帰還する事を防止すること
により、帰還ガスが放電領域内のレーザ利得分布を乱
し、レーザの発振モードに乱れを与える事を防止する事
により、秀でたレーザモードを実現する。また、図４
（ｂ）に示すように電極支持壁の形状を円柱型電極支持
壁２４にしても同様の効果が得られる事は明白である。

【００８２】（実施の形態５）図３は、本発明のスラブ
レーザにおける３のスラブ電極保持べースＡ部の横断断
面図であり、請求項５記載のスラブ電極保持方法を表す
図である。図において、組み立てられたスラブ電極８２
は、スラブ電極保持べースＡ３の内壁に固定されたスラ
イダＢ１６によって真空容器内の所定の位置に保持さ
れ、スラブ電極保持べースＡ３の内壁に固定されたスラ
イダＣ１７によってスラブ電極８２の高圧電極１の上面
に対して、力を付加される。スライダＢ１６のスラブ電
極８２と接する部分は、スラブ電極８２の長手方向に対
して、スラブ電極８２の伸縮に対して許容する様に例え
ば円柱状の形態を有する。スライダＣ１７は、スラブ電
極８２と接する部分においてスラブ電極８２に対して、
断面方向の力を加えると共にスラブ電極８２の伸縮に対
して、許容するように先端部８４が例えば球状もしくは
円柱状の形態を有し、スライダＣ１７の真空容器８６
（スラブ電極保持べースＡ３）の内壁に接する部分は、
高圧電極１と接地部である真空容器８６の内壁を電気的
に分離するために絶縁層８５によって固定接続される。
上記形態のスラブ電極保持機構を用いる事により、スラ
ブ電極８２の短断面方向への歪みを抑制すると共に、振
動等の機械的衝撃に対し電極位置の変位を抑制する事が
できるため安定したスラブレーザを実現することが出来
る。

【００８３】また、請求項７記載の組み立てられた一対
の電極の断面形状が、略八角形となるようにすることに
より、各スライダ１６、１９の当たり面が異なった面に
対して作用するため、上記効果が有効に作用する。

【００８４】（実施の形態６）図５は、請求項８記載
の、図１におけるセンタチヤンバ部分の断面図であり、
１は高圧電極、２は接地電極、５はセンタチャンバ、１
８は、スラブ電極８２へ電力を供給するためのハーメチ
ックシール、１９は電極支持壁、２２はアースベルト、
２５は高圧電極水路、２６は接地電極水路、８０はスラ
ブ電極の放電領域、８１は非放電領域、２７はガス循環
突起である。チャンバ５の内壁に設けられたガス循環突
起２７は、放電領域８０において高温となったガスがチ
ャンバ５内の冷えたガス領域に対して、スラブ電極の短
方向から放射されるガスをチャンバ内の電極外周方向に
誘導し、チャンバ５の内壁に接する事で冷却され、再
び、ガス循環突起２７の異なる面に衝突し、放電領域８
０に誘導される。８７は、ガスの流れを模式的に記した
ものである。放電によって暖められたガスをチャンバ５
内の熱拡散によって冷却、循環するだけでなく、ガス循
環突起２７により拡散または循環することにより、チャ
ンバ５の管壁と接する様に誘導する事により、ガスを効
率よく冷却する事ができガスの長寿命化をもたらすとい
う有効な効果が得られる。

【００８５】実施の形態においては、ガス循環突起２７
の形状として一例についてのみ記したが、放電領域８０
から放射されるガスをチャンバ５内の同心軸上に反射さ
せる効果を有する形状においても同様の効果が得られる
事は明白である。また同様に、センタチャンバ５の内壁
にガス循環突起２７を設けた場合について説明したが、
チャンバ５の内壁の他箇所に設けても同様の効果が得ら
れる事は明白である。

【００８６】（実施の形態７）図６（ａ）、（ｂ）は、
本発明による請求項９記載の調整式鏡保持機構６、７の
断面図である。図６（ａ）は図１の部分断面図、図６
（ｂ）はその別の実施の形態である。図において、２８
は光共振器を保持するための鏡保持ブロックである共振
器鏡ホルダＡ、２９は、共振器鏡の角度を変化させるた
めに設けられた伸縮自在のべローズ、３０は、共振器鏡
の角度を任意に変化させるための共振器鏡調整ねじ、３
１は、共振器鏡ホルダＡ２８と固定接続された鏡フラン
ジである出力窓ホルダベース、４０は、共振器ホルダＡ
２８の移動（回転中心）基準となる支持ピン、４１は、
共振器ホルダＡ２８の拘束強度を調整するための支持ピ
ン４０の挿入高さを調整する支持ピン溝、４２は、真空
シールを保持すると共にレーザ光を取り出すための出力
窓である。共振器鏡調整ねじ３０の押し込み量を変化さ
せる事によって、出力窓ホルダベース３１とフランジ１
１または１２との角度θを変化させる事によって、支持
ピン４０を支点として共振器鏡ホルダＡ２８の角度が変
化する事によってアライメント調整を可能とする。この
調整式鏡保持機構６、７は、支持ピン４０を設けたこと
により、支点、力点、作用点が独立し、力点の変化と作
用点の変化を−定とする事ができるため、共振器鏡調整
ねじ３０の変化に対応して鏡の角度を変化させることが
出来るため、空間的な制約を加える事なく、再現性及び
微調整が容易に出来るという利点が得られる。

【００８７】（実施の形態８）図６（ｃ）は、本発明に
よる請求項１０記載の、図６（ａ）の別の実施の形態に
おける調整式鏡保持機構の断面図である。図において、
３２は、光共振器を保持するための鏡保持ブロックであ
る共振器鏡ホルダＢ、３３は、鏡の変位角度の基準面と
なる調整共振器鏡フランジＡ、３４は、フランジＡ３３
の貫通穴３ａに設けられて貫通穴３ａを貫通する共振器
鏡ホルダＢ３２の角度の変位を許すと共に真空容器のシ
ールを保持するためのダイアフラム状の調整板ばねであ
る。共振器鏡調整ねじ３０の押し込み量を変化させる事
によって、鏡フランジである出力窓ホルダべース３１と
共振器鏡フランジＡ３３との角度θを変化させる事によ
って、調整板ばね３４の変位を介して、共振器鏡ホルダ
Ｂ３２の角度が変化し、これによってアライメント調整
を可能とする。この調整式鏡保持機は、フランジ３３の
内部に変移を設けたことにより、空間的自由度が向上す
るという効果が得られる。

【００８８】（実施の形態９）図７は、本発明による請
求項１３記載のレーザの縦断正面図である。図におい
て、８２は、放電領域を形成すると共に導波路として働
く組み立てられたスラブ電極、３５は、共振器鏡調整ね
じ３０の当たり面であり、かつ共振器鏡調整ねじ３０の
押し込み量に対応して変位し、共振器鏡の角度を変化さ
せるための共振器鏡フランジＢ、３６は、べース板１３
に固定されて共振器鏡の角度の基準面となる共振器鏡固
定台、３７は、真空容器８６の内部にスラブ電極８２を
固定保持するためのスラブ電極保持べース、３９は、光
共振器を形成するため共振器鏡を保持するための鏡保持
台である共振器鏡ホルダＣである。スラブ電極８２は、
スラブ電極保持ベース３７によってのみ保持され、スラ
ブ電極８２の両端は自由端であり、スラブ電極８２が伸
縮変化しても光共振器等には不要な応力を与えない。ス
ラブレーザの共振器長は、べース板１３に固定された一
対の共振器鏡固定台３６の間隔によって決まり、共振器
鏡調整ねじ３０の押し込み量を変化させる事により、容
器の筒部の一部または全部を構成する伸縮自在の筒体例
えば円筒状のベローズ１０が収縮し、共振器鏡の角度が
変化することによって、最適な共振器のアライメントを
実現する。なお、図１と共通する部分に同一符号を付し
ている。

【００８９】このように、真空容器の一部が調整式鏡保
持機構を構成する一部品を兼ねるため、安定で安価なレ
ーザを提供するという効果と共に、構成部品点数を減ら
す事が可能なため長期信頼性を高めるという有効な効果
が得られる。

【００９０】（実施の形態１０）図８は、本発明による
請求項１５記載のスラブレーザの、図１における冷却ブ
ロックＡの構成図である。図において、１はスラブ電極
の高圧電極、２はスラブ電極の接地電極、１２は全反射
鏡フランジ、２１は冷却水路Ａ、２５は高圧電極水路、
２６は接地電極水路、２８は共振器鏡ホルダＡ、２０は
高圧電極水路２５と冷却水路Ａを接続し、高圧電極１と
冷却水路Ａの位置関係を定めるための冷却ブロックＡで
ある。３８は、高圧電極１と全反射鏡フランジ１２とを
電気的に分離すると共に真空シールを保持する絶縁体材
料で形成された絶縁パイプである。冷却ブロックＡ２０
および絶縁パイプ３８は冷却媒体保持ブロックを構成す
る。

【００９１】その他は、図１等の構成と共通している。

【００９２】このような構成によって、組み立てられた
電極の放電領域８０にＲＦ電力によって印加される電界
分布は、電極に接続された或いは近傍の構成物の形状、
配置によって影響を受けるため、冷却ブロックを設ける
事により冷却パイプの形状及び配置を規定する事が可能
となり、スラブレーザを製造する場合における製品ばら
つきを緩和する、或いは、調整項目を低減するという有
効な効果を実現する。

【００９３】冷却水路またはパイプは電極内に埋め込ま
れてもよいし、電極に張りつけられてもよい。

【００９４】また、冷却媒体保持ブロックを誘電体材料
により形成してもよい。

【００９５】（実施の形態１１）図９（ａ）は、請求項
１７記載のスラブレーザを構成する、図１におけるレー
ザ用冷却系の概念図である。図において、４はスラブ電
極保持べースＢ、１２は全反射鏡フランジ、４８はスラ
ブ電極８２を冷却するための冷却水を排出する冷却水排
路Ｂ、４９はスラブ電極８２を冷却するための冷却水を
供給する冷却水給路Ｂ、５０は冷却水の温度を測定する
ための温度センサである温度検出素子Ａ、５２は冷却水
の流量を制御するための制御弁Ｂ、５１は温度検出素子
Ａ５０の信号を受け取り、制御弁Ｂ５２を通過する冷却
水の温度を制御し、冷却水の給水温度と排水温度がＲＦ
の供給電力を変化しても一定となる様に制御するための
第１の演算回路である。

【００９６】このような構成によって、スラブレーザへ
供給する電力を変化させた場合に生じる電極８２の熱収
縮量の変化を、冷却媒体の流量を可変する事によって抑
制し、電力注入量に関係なくスラブ電極温度を一定に保
つ事により、長手方向の電極端点と共振器鏡の間隔を一
定に保つことによって、供給電力の変化に関係なく安定
したレーザ特性を実現するという有効な効果が得られ
る。また、レーザ始動時等において、冷却流量を変化さ
せる事により始動から素早く安定した条件のレーザ特性
が得られるという有効な効果を提供する。

【００９７】パラメータとして、レーザの発振条件を第
１の演算回路に送る事により、本発明の効果は、さらに
向上する事は明白である。

【００９８】なお、温度検出素子は１またはそれ以上有
してもよい。

【００９９】また、温度検出素子に代えて、冷却媒体の
流量を検出する流量センサを用い、ＲＦの供給電力の変
化に応じて流量を変化させ、冷却水の給水温度と排水温
度が一定となるように制御することができる。

【０１００】（実施の形態１２）図９（ｂ）は、請求項
１９記載の、図８（ａ）の別の実施の形態におけるスラ
ブレーザを構成する受動流量制御弁付き冷却ブロックの
構成図である。図において、４３は冷却ブロックＢ、４
４は冷却水排路Ａ、４５は冷却水給路Ａ、４６はスラブ
電極８２に供給する冷却水の一部を４４の冷却水排路Ａ
に循環させるためのバイパス水路、４７は流入する冷却
水温度と排出される冷却水温度の温度差によって開閉す
る制御弁Ａである。４７の制御弁Ａは、冷却水の流入温
度と排出温度に差がない状態においては、バイパス水路
を開く様に働き、温度差が大きい時閉じる様に働く。制
御弁Ａは例えばバイメタル、形状記憶材料等により形成
される。

【０１０１】このような構成によって、４３の冷却ブロ
ックＢ内のバイパスを自動的に開閉する事により、スラ
ブ電極８２の温度を一定範囲内に維持することにより、
スラブ電極８２のＲＦ投入電力の変化によって生じるス
ラブ電極８２の温度変化を抑制する事によって、スラブ
電極８２の熱収縮が抑制され、導波路部への共振器鏡と
の結合状態の変化をおさえられる。これにより、レーザ
の発振条件の変化に対するレーザのモード、出力等の時
間的に過度的な変化を抑制し、微細加工等のレーザ加工
の利用範囲を拡げると共に加工精度の向上に貢献すると
いう有効な効果が得られる。

【０１０２】（実施の形態１３）図１１は、請求項２０
記載のレーザ装置の自動アライメント調整を行うための
構成図である。図において、６１はレーザ光を集光する
ための集光レンズＬｌ、６２はレーザ装置のアライメン
トを調整するための信号を伝送するための信号線Ａ、６
４はナイフエッジ等によってレーザ光の高次モードを除
去するための空間フイルター１、６５は例えば電動式マ
イクロメータ、ピエゾ素子等の直動機構などによる自動
アライメント機構を有するレーザ発振器、６６は空間フ
イルタ１の温度を測定するための温度検出センサ、６７
は温度測定点、６３は温度検出センサからの信号を受け
取って、レーザ発振器６５の自動アライメント機構を動
作させるための第２の演算回路である。６４の空間フィ
ルタ１の二カ所以上の温度を検出し、レーザ光が空間フ
ィルタ６４のセンタ（設定した光軸）を透過しているか
を温度検出センサ６６の出力から第２の演算回路６３に
よって判断し、レーザ発振器６５に内蔵されたアライメ
ント機構の調整式鏡保持機構を動作させることによっ
て、レーザの内部状態の変化に対してレーザ光の出射位
置が変化しないように調整する。

【０１０３】この様な構成によって、レーザ発振器６５
のアライメント変化或いは、レーザ媒質の利得変化を検
出し、最適なアライメント状態を維持する事によって、
安定したレーザ発振を実現するという有効な効果が得ら
れる。

【０１０４】（実施の形態１４）図１０は、矩形状の空
間分布を有するレーザ光等の光を、円形状に整形するた
めに用いられる整形光学系の構成図である。図におい
て、８９は矩形状のレーザ光を出力するスラブレーザ発
振器、５５は不安定側共振器側方向のみを集光するため
のシリンドリカルレンズＵＮｌ、５６は不安定側共振器
側の高次モードを除去するためのナイフエッジＫＥ、５
７は不安定側共振器側方向のみを集光するためのシリン
ドリカルレンズＵＮ２、５８は安定型共振器側方向のみ
を集光するためのシリンドリカルレンズＷＧｌ、５９は
整形されたレーザ光を加工対象物５３に集光照射するた
めの集光レンズＬｌである。

【０１０５】請求項２１記載のレーザ装置は、上記構成
の外部整形光学系を組み合わせたレーザ装置において、
レーザ発振器の出射方向及びビームプロファイルが変化
すると整形光学系透過後のレーザ光の空間的分布が変化
し、加工対象物の加工精度が低下するため、本発明にお
いては、上記構成の外部整形光学系とアライメント調整
機構を有するレーザ装置５４及び請求項２０記載の発明
を組み合わせる事によって、レーザ発振器等の光源から
放射されたビームの出射方向変化をナイフエツジ等の空
間フイルターに取り付けた温度センサーによって、温度
或いは温度分布を検出し、光源から放射されたビームの
出射方向を調整式鏡保持機構を自動調整する事により一
定に保つ事によって、整形光学装置の効果を最大限に利
用し、これによって安定した光加工を実現するという有
効な効果が得られる。

【０１０６】すなわち、このレーザ装置は、矩形状のレ
ーザ光を整形するための外部光学装置を有するレーザ発
振器において、出力光の高次のモードを除去するための
空間フィルタを形成する光学ユニット内のナイフエッジ
６４およびアパチャ等の温度を測定するための一つ以上
の温度センサ６６、この温度センサ６６からの出力信号
を処理するための演算回路６３、およびこの演算回路６
３からの出力によって動作する電動マイクロメータ或い
はピエゾ素子等の直動機構による調整式鏡保持機構を有
するものである。

【０１０７】（実施の形態１５）図１３は、請求項２２
記載の外部整形光学装置における自動修正整形光学系の
構成図である。図において、レーザ装置５４から出射し
たレーザ光は、５５のシリンドリカルレンズＵＮｌによ
って絞られナイフエッジＫＥ５６によって高次モードを
除去され、５７のシリンドリカルレンズＵＮ２によって
平行光に変換され、５８のシリンドリカルレンズＷＧｌ
によって異なる方向のビームを絞り発散角を合わされ、
集光レンズＬｌによって加工対象物５３に照射される。
６６は、５６のナイフエッジＫＥに取り付けられた温度
検出センサからの信号線で、演算回路は、温度検出セン
サ６６からの信号からレーザ光がナイフエッジの所定の
場所に照射されているかを判断し、異なる場合は信号線
Ｂ７１を等して可動式レンズホルダを動かす事により、
レンズ５５の位置或いはレンズ５５の集光角度を変化
し、これによってレーザ発振器から照射された出射方向
の変位を補正することによって、整形光学系透過後の加
工位置におけるレーザ照射箇所の変化を押さえることに
より、安定したレーザ加工を実現するという有効な効果
が得られる。

【０１０８】なお、光学フィルタとしてナイフエッジの
ほかアパチヤー等がある。

【０１０９】（実施の形態１６）図１２は、請求項２４
記載のレーザ出力監視方式の概念図である。図におい
て、レーザ光の高次モード等を除去するために用いられ
るアパチャ等の光学フィルタにおいて、６８はレーザ受
光面がレーザ光を反射すると共にテーパ状の形態を有す
る空間フィルタ、６９はＨｇＣｄＴｅ等の光検出器Ａで
ある。レーザ装置５４から出射したレーザ光は、空間フ
ィルタによって高次のモードが除去（反射）され、反射
されたレーザ光は、光検出器Ａによって受光される。さ
らに光検出器の出力信号とレーザ装置の出力条件とを比
較するための比較演算回路を有する。

【０１１０】このような構成によって、レーザ光の変動
或いは、発振不良をレーザ光の一部を検出のために切り
取る事なく、変動或いは発振不良を検出することができ
るという有効な効果が得られる。

【０１１１】（実施の形態１７）図１４は、請求項２７
記載のダイクロイックミラー保持方式の縦断面図であ
る。図において、９０は、上記図１等の光共振器におい
てレーザ光の発振波長を選択するために用いられるダイ
クロイックミラーであり、選択した波長のみを反射し、
その他の波長は透過する働きをする。７３は、ダイクロ
イックミラーを透過したレーザ光を吸収体７４に照射す
るための金属ミラー等の高反射率の反射板のミラーであ
る。７２は、ダイクロイックミラー９０及び反射板７３
を保持するためのダイクロイックミラーホルダである。

【０１１２】このような構成によって、ダイクロイック
ミラーを透過したレーザ光が、レーザ発振器構成部材に
損傷或いは一部の異常加熱を誘起する事を防止するとと
もに、ダイクロイックミラーを透過したレーザ光がダイ
クロイックミラーに帰還する事を防止する事によって、
安定したレーザ発振を実現するという有効な効果が得ら
れる。

【０１１３】なお、請求項２６に記載した様に、反射板
７３の代わりにレーザ光を吸収する吸収体を設置しても
同様の効果が得られる。

【０１１４】（実施の形態１８）図１５は、請求項２９
記載のガスイオン化装置を構成するランプ部の断面図で
ある。また図１等の一部の別の実施の形態である。図に
おいて、７６は、ガス放電を発生し易くするためにレー
ザガスを予めイオン化する解離を促進するように用い
る、光子を放出するランプ、７７は、ランプから放出さ
れた光子を反射するために、内壁がＡｕ等の光反射材料
でコーティングされ、かつ内面が放電領域８０に光子が
集光される様に凹面形状をしたランプハウジング、７８
は、ランプから放射された光を通過させるランプ光透過
路、７９は、真空容器を形成するセンタチャンバ５のシ
ールを保持しながら、ランプから放出された光子を透過
する石英ガラス等の透過窓である。レーザガスをガス放
電する手段は、例えば放電電極間にレーザガスを満たす
図１等の構成である。なお図１と共通する部分に同一符
号を付している。

【０１１５】このような構成によって、ランプ７６から
放射される光子を有効に利用することが可能となり、レ
ーザガスを所望のイオン化状態にするために必要な光子
数を効率良くレーザガスに照射する事が出来るという有
効な効果が得られる。

【０１１６】このような構成をスラブレーザに用いる事
によって、放電の点弧性が改善されると共に、レーザ出
力発振指令から光出現までの遅れ時間のばらつきが改善
され、特にパルス動作時におけるレーザ特性の改善にお
おきな効果が得られる。

【０１１７】以上のように本発明によれば、スラブレー
ザの構成部品間の熱的影響を分離すると共に、スラブ電
極へ投入されるＲＦ電力の変化に対して、スラブ電極の
温度変化を抑制することにより、また、ＲＦスラブ電極
内の放電領域内のレーザガスを効率よく循環させると共
に放電領域に与える不要な電界強度を抑制する事によ
り、安定したスラブレーザを提供する事ができるという
有効な効果が得られる。

【０１１８】また、本発明の外部整形光学装置を付加す
ることによって、スラブレーザ装置から出力されたレー
ザ光の照射位置の変化を補正し安定した加工を実現する
という有効な効果が得られる。

【０１１９】

【発明の効果】請求項１記載のスラブレーザによれば、
電極の熱収縮を許す構造を与えることにより、これら要
素にかかる応力を緩和し安定したレーザ発振を実現する
ことができる。

【０１２０】請求項２記載のスラブレーザによれば、請
求項１と同様な効果のほか、電極にＲＦ電流を供給する
装置によりレーザガスが励振するとき、スラブレーザの
熱変化に対するレーザ装置の不安定要因を緩和すること
ができる。

【０１２１】請求項３記載のスラブレーザによれば、請
求項１と同様な効果のほか、スラブ電極間にＲＦ電力を
パルス印加した時生じる放電による収縮膨張時に生じる
スラブ電極放電領域からのガスを電極内部に帰還させな
いことにより、パルス動作時の励起されたガスの電極支
持装置からの反射によって生じる、放電領域のレーザ媒
質内利得分布の変化を抑える。また、真空容器内に存在
するレーザガスとスラブ電極間に存在するレーザガスと
の入れ替えを円滑にするという作用を有する。

【０１２２】請求項４記載のスラブレーザによれば、請
求項３と同様な効果がある。

【０１２３】請求項５記載のスラブレーザによれば、請
求項１と同様な効果のほか、電極の熱収縮によって生じ
る電極への応力を除去するとともに長手方向以外への電
極の変移を規制して、スラブ電極の真空容器断面方向内
における電極位置が変化しない様に規制するとともに、
熱影響による光共振器を構成する鏡と導波路間の結合が
変化しないように規制する事により、安定したレーザ出
力特性を得られる。また、スラブ電極が真空容器断面方
向に対して規制を加える事により、振動及び輸送時のレ
ーザ発振器に与える影響を緩和する。

【０１２４】請求項６記載のスラブレーザによれば、請
求項５と同様な効果のほか、ばね或いはショクアブソー
バ等により荷重を印加する事により、電極の真空容器断
面方向への応力を制御し、より電極のふるまいを許容
し、レーザ発振器の外部からの振動等の影響を防止する
ことができる。

【０１２５】請求項７記載のスラブレーザによれば、請
求項５と同様な効果のほか、電極の位置精度を高めるこ
とができる。

【０１２６】請求項８記載のスラブレーザによれば、請
求項１と同様な効果のほか、スラブ電極間にＲＦ電力を
パルス印加した時生じる放電ガス膨張時に生じるスラブ
電極外に押し出されるレーザガスを、容器内壁に設けた
突起により、電極以外の方向に反射させる事により、真
空容器内部に充填されたレーザガスの循環を行い、レー
ザガスの温度を均一化することができ、レーザガスの劣
化防止及び冷却効果を向上させ、安定したレーザ動作と
安定した長時間動作をもたらすことができる。

【０１２７】請求項９記載の調整式鏡保持機構によれ
ば、真空シール材を滑動させる必要なしに真空容器の外
部から共振器鏡の角度を調整する事ができる。また、鏡
の傾き角が支点を基準に変移するため最適な鏡角度を選
択する事ができる。

【０１２８】請求項１０記載の調整式鏡保持機構によれ
ば、真空シール材を滑動させる必要なしに真空容器の外
部から共振器鏡の角度を調整する事ができる。また、フ
ランジの内部に変移を設けたことにより、空間的自由度
が向上する。

【０１２９】請求項１１記載のスラブレーザによれば、
請求項１と同様な効果のほか、共振器鏡の角度を精度よ
く調整可能なため、放電によって得られたレーザ光をレ
ーザ媒質から効率よく取り出す事が出来る。

【０１３０】請求項１２に記載のスラブレーザによれ
ば、請求項１と同様な効果のほか、真空容器内方向への
構造上の自由度を有するため、レーザ媒質との結合距離
を広範囲に選択出来る。

【０１３１】請求項１３記載のスラブレーザによれば、
真空容器の一部が調整式鏡保持機構を構成する一部品を
兼ねるため、安定で安価なレーザを提供することができ
る。

【０１３２】請求項１４記載のスラブレーザによれば、
請求項１と同様な効果のほか、ＲＦ導入端子は電極の熱
収縮による応力を緩和されるため、高圧、高電力電送線
路の破損及び変形による電送損失の発生を抑制すること
ができる。

【０１３３】請求項１５記載のスラブレーザによれば、
ＲＦ電力によってレーザガスを励振するスラブレーザに
おいて、電極は伝送線路として動作し、電極に接続され
た構成物も同様に伝送線路として働くか、或いは、伝送
線へ影響を与える。ＲＦ電力によって組み立てられた電
極の放電領域に印加される電界分布は、電極に接続され
た或いは近傍の構成物の形状、配置によって影響を受け
るため、冷却ブロックを設ける事により冷却パイプの形
状及び配置を規定する事により、スラブレーザを製造す
る場合における製品ばらつきを緩和する或いは、調整項
目を低減することができる。

【０１３４】請求項１６記載のスラブレーザによれば、
請求項１５と同様な効果のほか、冷却対象が高圧である
場合において、或いは、腐食の可能性がある場合におい
て冷却対象と冷却装置を電気的に隔離することができ
る。

【０１３５】請求項１７記載のスラブレーザによれば、
スラブレーザへ供給する電力を変化させた場合に生じる
電極の熱収縮量の変化を冷却媒体の流量を可変する事に
よって抑制し、電力注入量に関係なくスラブ電極温度を
一定に保つ事により、長手方向の電極端点と共振器鏡の
間隔を一定に保ち、これにより供給電力の変化に関係な
く安定したレーザ特性を実現する。また、レーザ始動時
等において、冷却流量を変化させる事により始動から素
早く安定した条件のレーザ特性を得られる。

【０１３６】請求項１８記載のスラブレーザによれば、
冷却媒体の温度測定に代えて流量測定した場合であり、
請求項１７と同様な効果がある。

【０１３７】請求項１９記載のスラブレーザによれば、
請求項１５と同様な効果のほか、冷却ブロック内の流入
バイパスを自動的に開閉する事により、電極の温度を一
定範囲内に維持し、これにより安定したレーザ特性を実
現することができる。

【０１３８】請求項２０記載のレーザ装置によれば、レ
ーザ発振器の外部に設けられたナイフエッジの温度を検
出し、演算回路によって、空間フィルタ例えばナイフエ
ッジの温度分布状態が一定になるように、アライメント
調整機構の直動機構動作させることにより、レーザ発振
器のアライメント変化或いは、レーザ媒質の利得変化を
検出し、最適なアライメント状態を維持することができ
る。

【０１３９】請求項２１記載のレーザ装置によれば、レ
ーザ発振器からのビーム出射方向の変化をナイフエッジ
等の温度分布を検出し、調整式鏡保持機構を自動調整す
る事により、整形光学装置を安定して動作させることが
でき、安定したレーザ特性を実現することができる。

【０１４０】請求項２２記載の外部光学装置によれば、
光学フィルタの温度分布を検出する事により、光学べ−
スの位置を変化させる事ができ、これによって外部光学
装置に入射するレーザ光の入射角度等が変化しても整形
光学系透過後の加工点の位置の変化を押さえることがで
きる。

【０１４１】請求項２３記載のスラブレーザによれば、
請求項１および請求項２２の効果のほか、レーザシステ
ム全体の安定性を向上させることができる。

【０１４２】請求項２４記載の外部整形光学装置によれ
ば、レーザ光の変動或いは、発振不良をレーザ光の一部
を切り取る事なく検出することができる。

【０１４３】請求項２５記載のレーザ装置によれば、請
求項２４と同様な効果を有するとともに、センサ信号を
レーザ装置にフィードバックすることにより、安定した
加工を実現することができる。

【０１４４】請求項２６記載の光共振器によれば、ダイ
クロィックミラーを透過したレーザ光が、レーザ発振器
構成部材に損傷或いは一部の異常加熱を誘起する事を防
止するとともに、ダイクロィックミラーを透過したレー
ザ光がダイクロィックミラーに帰還する事を防止する事
によって、安定したレーザ発振を実現することができ
る。

【０１４５】請求項２７記載の光共振器によれば、ダイ
クロイックミラーを透過したレーザ光が、レーザ発振器
構成部材に損傷或いは一部の異常加熱を誘起する事を防
止できるとともに、ダイクロイックミラーを透過したレ
ーザ光がダイクロイックミラーに帰還する事を防止する
事によって、安定したレーザ発振を実現することができ
る。

【０１４６】請求項２８記載のスラブレーザによれば、
請求項２６または請求項２７と同様な効果のほか、安定
なレーザ発振を実現することができる。

【０１４７】請求項２９記載のレーザ装置によれば、ラ
ンプから放射される光子を有効に利用することが可能と
なり、レーザガスを所望のイオン化状態にするために必
要な電力を有効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における請求項１記載のスラ
ブレーザの縦断正面図である。

【図２】第２の実施の形態におけるセンタチャンバ部分
の縦断正面図である。

【図３】第３の実施の形態および第５の実施の形態にお
けるスラブ電極保持べ−スＡ部断面図である。

【図４】第４の実施の形態におけるスラブ電極断面図で
ある。

【図５】第６の実施の形態におけるセンタチャンバ部分
の断面図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）は第７の実施の形態における調
整式鏡保持機構の部分縦断断面図、（ｃ）は第８の実施
の形態における調整式鏡保持機構の部分縦断断面図であ
る。

【図７】第９の実施の形態における真空容器兼用型調整
式鏡保痔機構の縦断面図である。

【図８】第１０の実施の形態における冷却ブロックＡの
構成図であり、（ａ）は横断面図、（ｂ）はその縦断面
図である。

【図９】（ａ）は第１１の実施の形態におけるレーザ用
冷却系の概念図、（ｂ）は第１２の実施の形態における
受動流量制御弁付き冷却プロック構成図である。

【図１０】第１４の実施の形態の整形光学系の構成図で
ある。

【図１１】第１３の実施の形態における自動アライメン
ト調整機構の概念図である。

【図１２】第１６の実施の形態におけるレーザ出力監視
方式の概念図である。

【図１３】第１５の実施の形態における自動修正整形光
学系の構成図である。

【図１４】第１７の実施の形態におけるダイクロイック
ミラー保持方式の縦断面図である。

【図１５】第１８の実施の形態のガスイオン化装置のラ
ンプ部の断面図である。

【符号の説明】

１高圧電極２接地電極３スラブ電極保持ベースＡ４スラブ電極保持ベースＢ５センタチャンバ６調整式鏡保持機構Ａ７調整式鏡保持機構Ｂ８電極固定ブロック９共振器基準ロッド１０ベローズ１１出力鏡フランジ１２全反射鏡フランジ１３ベース板１４センターフランジ１５スライダＡ１６スライダＢ１７スライダＴＣ１８ＲＦ導入端子１９電極支持壁２０冷却ブロックＡ２１冷却水路Ａ２２アースべルト２３凸面型電極支持壁２４円柱型電極支持壁２５高圧電極水路２６接地電極水路２７ガス循環突起２８共振器鏡ホルダＡ２９ベローズ３０共振器鏡調整ねじ３１出力窓ホルダべース３２共振器鏡ホルダＢ３３共振器鏡フランジＡ３４調整板バネ３５共振器鏡フランジＢ３６共振器鏡囲定台３７スラブ電極保持べ−ス３８冷却水路３９共振器鏡ホルダＣ４０支持ピン４１支持ピン溝４２出力窓４３冷却ブロックＢ４４冷却水排路Ａ４５冷却水給路Ａ４６バイパス水路４７制御弁Ａ４８冷却水排路Ｂ４９冷却水給路Ｂ５０温度検出素子Ａ５１演算回路１５２制御弁Ｂ５３加工対象物５４レーザ装置５５シリシドリカルレンズＵＮ１５６ナイフエッジＫＥ５７シリンドリカルレンズＵＮ２５８シリンドリカルレンズＷＧ１５９集光レンズＬ１６０電動アライメント調整式鏡保持機構６１集光レンズＬ２６２信号線Ａ６３演算回路２６４空間フイルタ１６５レーザ発振器６６温度検出センサ６７温度測定点６８空間フィルタ２６９光検出器Ａ７０可動式レンズホルダ７１信号線Ｂ７２ダイクロィックミラーホルダ７３反射板７４吸収体７５ミラーホルダフランジ７６ランプ７７ランプハウジング７８ランプ光透過路７９透過窓８０放電領域８１非放電領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F071 AA05 CC04 EE01 EE04 GG02 JJ06 5F072 AA05 GG04 JJ06 KK24 MM12 MM16 PP05 TT01 TT23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各々が平面の光反射面を有し、この表面
に直角な平面内にのみ光を誘導するように隔置して配設
される細長い一対の電極を保持するように内蔵し、レー
ザガスを封入密閉された容器を有し、この容器の両端には、光共振器を保持するための第一の
フランジと第二のフランジを有し、前記第一のフランジと前記第二のフランジ間の間隔を保
持するための支持棒を有し、前記電極が温度変化による伸縮によって前記光共振器に
対して影響を及ぼさないように、前記電極を前記第一の
フランジと前記第二のフランジ間に長手方向に移動自在
に支持したことを特徴とするスラブレーザ。
【請求項２】レーザガスは前記電極にＲＦ電流を送る
機能を有する装置により励振される請求項１記載のスラ
ブレーザ。
【請求項３】前記電極間のガス放電が視覚的に邪魔さ
れないように、かつ前記電極間に存在するレーザガスを
容器内のレーザガスと円滑に交換される様に前記電極間
の支持装置の形状が決められている請求項１記載のスラ
ブレーザ。
【請求項４】支持装置の形状が電極に対して凸曲面を
有する請求項３記載のスラブレーザ。
【請求項５】電極を容器内に保持するために設けられ
た、電極の長手方向への電極の熱伸縮を許容する少なく
とも一つ以上のスライダーべースと、前記電極の長手方
向に直交する方向への動きを規制するための絶縁体スラ
イダーべースを有する請求項１記載のスラブレーザ。
【請求項６】スライダーべースの少なくとも一つは電
極に電極長手方向と直交する方向に荷重を印加する請求
項５記載のスラブレーザ。
【請求項７】組み立てられた一対の電極の断面形状
が、略八角形からなる請求項５記載のスラブレーザ。
【請求項８】容器の内壁に封入されたレーザガスを拡
散または循環するための一つ以上の突起を設けた請求項
１記載のスラブレーザ。
【請求項９】電極を有しレーザガスを封入した容器
と、この容器の両端に真空シールを与えるように取り付
けられた一対のフランジと、この一対のフランジに取付
ける光共振器とを備えたレーザの調整式鏡保持機構であ
って、前記光共振器の少なくとも一方は、真空シールして保持
する様に片端が取り付けられたべローズと、このベロー
ズの他の片端に取り付けられて前記フランジを貫通する
鏡保持ブロックと、この鏡保持ブロックに取り付けられ
て前記鏡保持ブロックの角度を変化させる鏡フランジ
と、前記鏡保持ブロックの傾きの支点を決める支持構造
部を有する調整式鏡保持機構。
【請求項１０】電極を有しレーザガスを封入した容器
と、この容器の両端に真空シールを与えるように取り付
けられた一対のフランジと、この一対のフランジに取付
ける光共振器とを備えたレーザの調整式鏡保持機構であ
って、前記光共振器の少なくとも一方は、前記フランジに形成
した貫通穴に真空シールを保持する様に取り付けられた
ダイアフラムと、前記貫通穴を貫通し前記ダイアフラム
の中央部に配置された光共振器を構成する鏡保持ブロッ
クと、この鏡保持ブロックに取り付けられた鏡の角度を
変化させる鏡フランジとを備えた調整式鏡保持機構。
【請求項１１】請求項９記載の調整式鏡保持機構を有
する請求項１記載のスラブレーザ。
【請求項１２】請求項１０記載の調整式鏡保持機構を
有する請求項１記載のスラブレーザ。
【請求項１３】各々が平面の光反射面を有し、この表
面に直角な平面内にのみ光を誘導するように隔置して配
設される一対の細長い電極を保持するように内蔵し、レ
ーザガスを封入密閉され、長手方向に伸縮自在な構成の
容器を有し、この容器の両端には、光共振器を構成する鏡保持台をも
つ第一のフランジと第二のフランジを有し、前記光共振器の光軸方向を調整可能に前記第一のフラン
ジと前記第二のフランジを保持する保持べース板を有す
るスラブレーザ。
【請求項１４】電極に対してレーザガスを励振するＲ
Ｆ電流を供給するＲＦ導入端子が、前記電極の熱変化に
よる伸縮に対して応力を緩和するように構成された請求
項１記載のスラブレーザ。
【請求項１５】電気的にアースされるとともに光共振
器を保持するためのフランジを有する真空容器と、この
真空容器内にある細長い導電性電極と、この導電性電極
を冷却する前記導電性電極内に埋め込まれた或いは張り
付けられた、冷却媒体を伝送するための冷却パイプと、
この冷却パイプと前記フランジとを接続する冷却媒体保
持ブロックを備えたスラブレーザ。
【請求項１６】冷却媒体保持ブロックが誘電体材料で
ある請求項１５記載のスラブレーザ。
【請求項１７】電極と、この電極を冷却する冷却媒体
を流通する冷却装置と、前記冷却媒体の温度を測定する
温度センサと、この温度センサの信号を処理する演算回
路と、この演算回路の結果によって前記冷却媒体の流量
を制御する流量弁を備えたスラブレーザ。
【請求項１８】温度センサに代えて、冷却媒体の流量
を検出する流量センサを有する請求項１７記載のスラブ
レーザ。
【請求項１９】冷却媒体保持ブロックの内部に供給路
と排出路を連絡する冷却媒体の流入バイパスを有し、前
記流入バイパスの内部に温度差がないときに開くように
した制御弁を有する請求項１５記載のスラブレーザ。
【請求項２０】アライメント調整機構を有するレーザ
発振器と、このレーザ発振器外部に設けられた空間フィ
ルタと、この空間フィルタに取り付けられた複数の温度
センサと、この複数の温度センサからの出力信号を処理
するための演算回路と、この演算回路からの出力によっ
てレーザ光が前記空間フィルタの光軸上を透過するよう
に動作する前記アライメント調整機構の調整式鏡保持機
構を備えたレーザ装置。
【請求項２１】矩形状のレーザ光を成形するための外
部光学装置を有するレーザ装置であって、前記外部光学
装置は、出力光の高次のモードを除去するための空間フ
ィルタと、この空間フィルタの温度を測定するための複
数の温度センサ、この温度センサからの出力信号を処理
するための演算回路と、この演算回路からの出力によっ
てレーザ光が前記空間フィルタの光軸上を透過するよう
に動作する調整式鏡保持機構を有するレーザ装置。
【請求項２２】矩形状のレーザ光を整形するための外
部光学装置であって、レーザ光の一方向のみを集光する
第１のシリンドリカルレンズおよび第２のシリンドリカ
ルレンズと、前記レーザ光の他方向のみを集光する第３
のシリンドリカルレンズと、整形光学系通過後のレーザ
光を集光するための集光レンズと、前記第１のシリンド
リカルレンズおよび前記第２のシリンドリカルレンズの
間に配置された光学フィルタと、この光学フイルタの温
度を測定するための複数の温度センサと、この複数の温
度センサからの出力信号を処理するための演算回路と、
この演算回路からの外部信号によって第１のシリンドリ
カルレンズの位置を変化させる構成を有する光学べ−ス
を備えた外部整形光学装置。
【請求項２３】請求項２２記載の外部整形光学装置を
有する請求項１記載のスラブレーザ。
【請求項２４】レーザ光受光面側に任意の傾斜を有す
る光学フィルタと、この光学フィルタによって除去され
たレーザ光の一部を検出するための光検出器と、この光
検出器の出力信号とレーザ装置の出力条件とを比較する
ための比較演算回路を有する外部整形光学装置。
【請求項２５】請求項２４記載の外部整形光学装置を
有することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２６】レーザ装置の発振波長を選択する為に
用いられるダイクロイックミラーを有する光共振器であ
って、前記ダイクロイックミラーを保持する光学保持台
の内部に除去光を吸収するための吸収体を有することを
特徴とする光共振器。
【請求項２７】レーザ装置の発振波長を選択する為に
用いられるダイクロイックミラーを有する光共振器であ
って、前記ダイクロイックミラーを保持する光学保持台
の内部に除去光を該ミラー以外の方向に反射させるため
の反射板を有することを特徴とする光共振器。
【請求項２８】請求項２６または請求項２７記載の光
共振器を有することを特徴とするスラブレーザ。
【請求項２９】レーザガスをガス放電するための励振
手段と、前記レーザガスに光子を放射してレーザガスの
解離を促進するランプと、このランプを保持し内壁が前
記ランプの光を前記レーザガスの放電領域に集光させる
凹面状の部分を有することを特徴とするレーザ装置。